生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical system,BES)是一種在污水處理的同時將污水中的有機物原位轉(zhuǎn)化為電能的新型污水處理及能量回收技術(shù)。但是,目前傳統(tǒng)BES的產(chǎn)電性能及污水處理效果仍然較低,阻礙了其實用化的發(fā)展。在本研究中,首先深入研究并比選兩種電極構(gòu)型:活性炭填充電極和碳刷復(fù)合碳網(wǎng)電極,以優(yōu)選出適合BES放大的實用電極構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建新型高效的堆疊BES放大反應(yīng)器以處理模擬生活污水,同時構(gòu)建新型三電極腔體堆疊BES處理含硝基苯有機廢水,從而實現(xiàn)了強化BES產(chǎn)電并提高有機污染物的轉(zhuǎn)化降解。研究了活性炭填充陽極的吸附特性對BES產(chǎn)電性能影響,結(jié)果表明活性炭的吸附特性有利于降低陽極處理低濃度污水時的傳質(zhì)阻力,從而強化了BES的產(chǎn)電性能。另一方面,構(gòu)建的碳刷復(fù)合碳網(wǎng)的復(fù)合陽極構(gòu)型相比傳統(tǒng)的碳刷或碳網(wǎng)陽極具有更高的電化學(xué)活性及輸出功率密度,試驗結(jié)果表明復(fù)合陽極中的碳網(wǎng)有利于減少氧氣對陽極的侵害從而提高了BES的庫倫效率及產(chǎn)電穩(wěn)定性。綜合比較活性炭填充陽極和復(fù)合陽極的結(jié)果表明,活性炭填充陽極具有更高的產(chǎn)電性能(612mW/m²)及更低的材料成本,...

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)
        1.2.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)的基本原理及組成
        1.2.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)的功能應(yīng)用及研究進展
        1.2.3 影響生物電化學(xué)系統(tǒng)性能及應(yīng)用的關(guān)鍵因素
    1.3 生物電化學(xué)系統(tǒng)的電極材料及構(gòu)型
        1.3.1 常用的電極材料及構(gòu)型
        1.3.2 活性炭填充電極的研究進展
        1.3.3 石墨刷電極的研究進展
    1.4 生物電化學(xué)系統(tǒng)的反應(yīng)器構(gòu)型
        1.4.1 常用的BES反應(yīng)器構(gòu)型
        1.4.2 堆疊式BES放大反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀
    1.5 生物電化學(xué)系統(tǒng)處理難降解有機廢水
        1.5.1 常見的難降解有機污染物的處理工藝
        1.5.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)對難降解有機污染物的處理工藝
    1.6 研究目的與研究內(nèi)容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究內(nèi)容
        1.6.3 技術(shù)路線
第2章 吸附性填充型陽極強化生物電化學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn)電性能
    2.1 引言
    2.2 試驗材料和方法
        2.2.1 反應(yīng)器的構(gòu)建與組裝
        2.2.2 反應(yīng)器的接種與溶液
        2.2.3 反應(yīng)器的啟動與運行
        2.2.4 測試及分析方法
    2.3 GAC-BES與GG-BES的產(chǎn)電性能
        2.3.1 不同運行條件下的輸出電流
        2.3.2 產(chǎn)電穩(wěn)定性
    2.4 GAC-BES與GG-BES的內(nèi)阻分析
        2.4.1 BES的總內(nèi)阻
        2.4.2 各內(nèi)阻阻力構(gòu)成分析
    2.5 陽極生物量分析
    2.6 活性炭吸附特性強化BES產(chǎn)電性能的機理分析
        2.6.1 GAC與GG的吸附性能
        2.6.2 活性炭吸附特性強化產(chǎn)電性能的機理
    2.7 本章小結(jié)
第3章 石墨刷復(fù)合碳網(wǎng)陽極生物電化學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn)電性能與污水處理效果
    3.1 引言
    3.2 試驗材料和方法
        3.2.1 BES及復(fù)合陽極的構(gòu)建
        3.2.2 BES的啟動與運行
        3.2.3 測試及分析方法
    3.3 復(fù)合陽極BES的啟動及產(chǎn)電性能
        3.3.1 三種陽極BES的啟動性能
        3.3.2 復(fù)合陽極BES的產(chǎn)電性能
    3.4 復(fù)合陽極的電化學(xué)性能
    3.5 復(fù)合陽極LBES的產(chǎn)電性能
        3.5.1 不同HRT下的產(chǎn)電性能
        3.5.2 連續(xù)流LBES與序批流BES的性能比較
    3.6 復(fù)合陽極LBES的污染物去除效果與庫倫效率
        3.6.1 LBES的COD去除效果
        3.6.2 LBES的庫倫效率
    3.7 活性炭填充陽極與復(fù)合陽極的比選
    3.8 本章小結(jié)
第4章 新型堆疊式生物電化學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn)電與污水處理效果
    4.1 引言
    4.2 試驗材料和方法
        4.2.1 新型SBES的設(shè)計與搭建
        4.2.2 SBES的接種與溶液
        4.2.3 SBES的啟動與運行
        4.2.4 測試及分析方法
    4.3 序批流下SBES的產(chǎn)電性能
        4.3.1 SBES及各BES單體的產(chǎn)電性能
        4.3.2 長期運行后產(chǎn)電性能的變化
    4.4 并聯(lián)電路下的電流反向現(xiàn)象及產(chǎn)生機理
        4.4.1 不同外阻下各BES單體的輸出電流
        4.4.2 反向電流的產(chǎn)生機理
        4.4.3 反向電流對SBES性能的影響
    4.5 序批流下SBES的污染物去除性能及庫倫效率
    4.6 連續(xù)流下SBES的產(chǎn)電及污染物去除性能
    4.7 連續(xù)流下各陽極腔室的性能
        4.7.1 產(chǎn)電及污染物去除性能
        4.7.2 堵塞情況分析
    4.8 SBES在連續(xù)流與序批流下的性能比較
    4.9 本章小結(jié)
第5章 三電極堆疊式生物電化學(xué)系統(tǒng)處理含硝基苯有機廢水
    5.1 引言
    5.2 試驗材料和方法
        5.2.1 堆疊BES的設(shè)計與搭建
        5.2.2 BES的接種與溶液
        5.2.3 BES的啟動與運行
        5.2.4 測試及分析方法
    5.3 序批流下硝基苯還原陰極及降解陽極的性能
        5.3.1 硝基苯在厭氧陰極中的還原轉(zhuǎn)化效果
        5.3.2 苯胺等有機物在陽極中的降解性能
    5.4 連續(xù)流下各BES電極對污染物的去除性能
        5.4.1 厭氧生物陰極對污染物的還原去除性能
        5.4.2 陽極對污染物的降解去除性能
        5.4.3 好氧生物陰極對污染物的去除性能
    5.5 各BES的電化學(xué)性能
        5.5.1 各BES電極電勢及電對的電化學(xué)性能
        5.5.2 對污染物去除效果的影響
    5.6 恒定電路轉(zhuǎn)換為暫態(tài)電路后堆疊BES的性能變化
        5.6.1 各電極電勢及電對的電化學(xué)性能變化
        5.6.2 污染物去除效果的變化
    5.7 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與建議
    6.1 結(jié)論
    6.2 建議
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3853182