本文關(guān)鍵詞：MFC-MBR耦合工藝減緩膜污染及能量分配研究

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【摘要】：作為一種高效的污水處理技術(shù),膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor, MBR)相比傳統(tǒng)活性污泥法具有其特殊的優(yōu)勢。然而,MBR在實(shí)現(xiàn)泥水分離的過程中,普遍存在著膜污染現(xiàn)象,運(yùn)行成本相對較高,是限制其發(fā)展的主要因素。研究表明,附加電場可以有效控制膜污染,但增加了運(yùn)行成本。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)可以將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,在處理污水的同時,產(chǎn)生清潔能源。本研究采用一種單室無膜式連續(xù)流微生物燃料電池,通過改變進(jìn)水條件提高其產(chǎn)電性能,并將將其產(chǎn)生的電能以電場的形式附加到MBR中,構(gòu)建了一種新型MFC-MBR耦合工藝。以常規(guī)MBR(Conventional Membrane Bioreactor, CMBR)為對照,該耦合系統(tǒng)能夠有效減緩膜污染,提高污水處理效果,研究表明：(1)采用低濃度溶解氧進(jìn)水有利于提高無膜單室微生物燃料電池的產(chǎn)電性能。當(dāng)微生物燃料電池進(jìn)水由原水改為缺氧池上清液后,其電壓由0.44+0.02V迅速上升到0.52+0.02V并保持穩(wěn)定,開路電壓由0.49V提高到0.65V；最大功率密度由45mW/m2提高到59mW/m2,提高了31%；而庫倫效率由3.87%提高到約為8.56%,提高了一倍多。(2)附加電場可以有效控制膜污染。通過紅外光譜分析(Fourier transform infrared spectrum, FTIR)可以確定附加電場可以有效降低多糖、蛋白質(zhì)和腐殖酸等污染物的附著速率,并以控制多糖類物質(zhì)為主,提高了濾餅層中蛋白質(zhì)的比例。’相對于胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance, EPS)而言,溶解性微生物代謝產(chǎn)物(Soluble Microbial Products, SMP)更容易附著到膜表面,形成膜污染。(3)附加電場對活性污泥具有一定的改性作用,影響微生物代謝活性,可以有效控制污泥混合液SMP中的多糖物質(zhì)(SMPC)降低幅度達(dá)到34.5%。附加電場可以提高活性污泥的絮凝性,使Zeta電位(絕對值)由CMBR的22.8mV下降到18.2mV,并促進(jìn)絲狀菌的適度生長,增大絮體粒徑并增強(qiáng)污泥絮體結(jié)構(gòu)性能。污泥平均粒徑由CMBR的120μm提高到138gm,且粒徑分布更加集中絮體更加均勻,粒徑小于50μm的污泥絮體降低了37.4%。(4)MFC-MBR耦合系統(tǒng)具有更好的處理效果,其膜出水COD約為38mg/L,相對于CMBR的54mg/L, COD的去除率更高。經(jīng)過能量分配計(jì)算,進(jìn)水中僅有0.5%左右的能量轉(zhuǎn)化為電能,雖然轉(zhuǎn)化率很低,但是這是一種同步自給式的清潔能源,可以從污水中直接提取能源并有效減緩膜污染,降低能耗。
【關(guān)鍵詞】：膜生物反應(yīng)器 微生物燃料電池 膜污染 電場 能量分配
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 膜生物反應(yīng)器9-13
• 1.1.1 膜生物反應(yīng)器簡介9-10
• 1.1.2 膜污染研究現(xiàn)狀10-12
• 1.1.2.1 膜污染的概念及機(jī)理11
• 1.1.2.2 膜污染的影響因素11-12
• 1.1.3 膜污染控制方法12-13
• 1.2 微生物燃料電池13-15
• 1.2.1 微生物燃料電池簡介13
• 1.2.2 微生物燃料電池研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 微生物燃料電池的應(yīng)用14-15
• 1.3 MFC-MBR耦合系統(tǒng)15-16
• 1.3.1 MFC-MBR耦合系統(tǒng)的優(yōu)勢15-16
• 1.3.2 MFC-MBR耦合系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀16
• 1.4 研究的內(nèi)容及意義16-19
• 1.4.1 研究的內(nèi)容16-17
• 1.4.2 研究的意義17-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置及分析方法19-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及運(yùn)行條件19-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置19-20
• 2.1.2 運(yùn)行條件20-21
• 2.2 MFC電極材料的制備及產(chǎn)電性能評價(jià)21-23
• 2.2.1 陽極碳?xì)诸A(yù)處理21-22
• 2.2.2 空氣陰極制備22
• 2.2.3 MFC功率密度和極化曲線測定22
• 2.2.4 MFC的庫倫效率(C_E)22-23
• 2.3 測試方法23-25
• 2.3.1 基本水質(zhì)測試方法23
• 2.3.2 SMP及EPS的提取及測定23
• 2.3.3 紅外分析23-24
• 2.3.4 三維熒光光譜分析24
• 2.3.5 Zeta電位及污泥粒徑分布測定24
• 2.3.6 光學(xué)顯微鏡分析24-25
• 第三章 MFC產(chǎn)電性能25-31
• 3.1 引言25
• 3.2 MFC的接種和啟動過程25-26
• 3.3 不同進(jìn)水水質(zhì)對MFC產(chǎn)電性能的影響26-29
• 3.3.1 不同進(jìn)水水質(zhì)對MFC電壓輸出的影響26-27
• 3.3.2 不同進(jìn)水水質(zhì)對MFC極化曲線輸出的影響27-28
• 3.3.3 不同進(jìn)水水質(zhì)對MFC功率輸出的影響28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-31
• 第四章 MFC-MBR耦合系統(tǒng)的膜污染控制效果及機(jī)理分析31-45
• 4.1 引言31
• 4.2 MFC-MBR耦合系統(tǒng)的膜污染控制效果分析31-36
• 4.2.1 膜污染過程分析31-33
• 4.2.2 膜面污染物紅外分析33-35
• 4.2.3 膜面污染物組成分析35-36
• 4.3 MFC-MBR耦合系統(tǒng)的膜污染控制機(jī)理分析36-42
• 4.3.1 活性污泥中SMP及EPS分析36-39
• 4.3.1.1 SMP及EPS組成研究36-37
• 4.3.1.2 SMP及EPS三維熒光特性研究37-39
• 4.3.2 活性污泥絮凝性分析39-42
• 4.3.2.1 Zeta電位分析40
• 4.3.2.2 光學(xué)顯微鏡鏡檢分析40-41
• 4.3.2.3 污泥粒徑分析41-42
• 4.4 本章小結(jié)42-45
• 第五章 MFC-MBR耦合系統(tǒng)能量分配研究45-53
• 5.1 前言45
• 5.2 各單元的COD去除效果分析45-48
• 5.2.1 缺氧池的COD去除效果分析45-46
• 5.2.2 MFC對COD去除效果分析46-47
• 5.2.3 好氧池的COD去除效果分析47
• 5.2.4 膜出水的COD去除效果分析47-48
• 5.3 能量分配計(jì)算方法及分析48-51
• 5.3.1 能量分配計(jì)算方法48-49
• 5.3.2 能量分配計(jì)算分析49-50
• 5.3.3 進(jìn)水COD濃度對耦合系統(tǒng)能量分配的影響50-51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 第六章 結(jié)論與建議53-55
• 6.1 結(jié)論53-54
• 6.2 建議54-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明61-63
• 致謝63

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