本文關(guān)鍵詞：MFC處理實際垃圾滲濾液脫氮及產(chǎn)電研究

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【摘要】：垃圾滲濾液作為一類難降解的高氨氮有機廢水,其處理和資源化利用一直是這一領(lǐng)域研究的熱點。微生物燃料電池(Microbial fuel cell, MFC)是最近迅速發(fā)展起來的新型資源化處理技術(shù),它結(jié)合了生物和電化學(xué)的方法,利用微生物的降解作用可直接將污染物轉(zhuǎn)化為電能,實現(xiàn)污染物去除的同時產(chǎn)電。將MFC用于垃圾滲濾液的處理與資源化具有實際意義。本文通過構(gòu)建兩瓶型微生物燃料電池,研究間歇進水和連續(xù)進水方式下,運行條件和停留時間對MFC有機物及氮的處理效率及產(chǎn)電情況的影響,以及該過程中陽極氮的去除途徑。同時為了提高脫氮效率,研究MFC陽極厭氧氨氧化脫氮的可行性。本研究的結(jié)果如下：1.新鮮滲濾液不同進水濃度下MFC產(chǎn)電及脫氮除碳研究以新鮮滲濾液(COD濃度16000 mg/L)為陽極底物,逐步提高滲濾液所占比例(10%-100%),對產(chǎn)電微生物進行富集。隨著滲濾液濃度的提高,輸出電壓呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,并且當(dāng)滲濾液體積分?jǐn)?shù)為60%(COD濃度為9040mg/L)時達到最大輸出電壓(421.30 mV),此時最大輸出功率密度為1.10 W/m3。但實驗中庫倫效率最大僅為21_31%,表明實驗中消耗的有機物用于產(chǎn)電所占的比例較低。MFC在COD的去除效率方面也呈現(xiàn)先升后降,最高為90.60%；而氨氮去除率卻呈下降趨勢,最高僅為59.13%。結(jié)果表明高濃度的滲濾液在碳和氮的去除率方面低于中低濃度,濃度的提高不利于污染物的去除。2.連續(xù)處理高濃度新鮮滲濾液時MFC產(chǎn)電及脫氮除碳研究以高濃度新鮮滲濾液為陽極底物,MFC連續(xù)處理高濃度垃圾滲濾液(COD濃度為16000 mg/L)時,當(dāng)停留時間為3-6 d時可實現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)電,且COD和NH4+-N的去除率相對較高。當(dāng)停留時間為7 d時,采用問歇進水的方式時輸出電壓最大為361.50 mV, COD和NH4+-N的去除率分別為49.51%和16.84%；而采用連續(xù)進水方式時最大輸出電壓為362.20 mV, COD和NH4+-N的去除率分別為54.52%和19.73%。統(tǒng)計分析后,顯示不同進水方式對COD和NH4+-N的去除率有顯著性差異(P0.05),但輸出電壓沒有顯著差異(P0.05)。雖然進水方式對輸出電壓的影響效果不明顯,但連續(xù)進水相比間歇進水可以實現(xiàn)長期持續(xù)產(chǎn)電(6 d)。在過程中,進一步研究了陽極NH4+-N的去除途徑發(fā)現(xiàn)75.34%的陽極NH4+-N擴散到陰極,另一部分的氨氮通過其他形式轉(zhuǎn)化去除,該結(jié)果表明該過程中的陽極NH4+-N并沒有得到有效去除,而是轉(zhuǎn)移到了陰極。3.MFC反應(yīng)器陽極厭氧氨氧產(chǎn)電及脫氮性能研究為提高MFC的脫氮效果,分別采用人工配制廢水和晚期垃圾滲濾液為陽極底物,研究了反應(yīng)器厭氧氨氧化產(chǎn)電及其脫氮可行性。結(jié)果表明當(dāng)采用人工配制廢水時,輸出電壓呈現(xiàn)先升后降的趨勢,并且當(dāng)NH4+-N濃度為240 mg/L時,輸出電壓、NH4+-N、NO2--N、TN去除率同時達到最大,分別為153.40 mV、81.32%、84.13%、78.62%,此時最大輸出功率密度為130.71 mW/m3。當(dāng)采用晚期垃圾滲濾液時,輸出電壓趨勢與人工配制廢水相似,但各自達到最大輸出電壓的NH4+-N濃度有所不同。且當(dāng)NH4+-N濃度為200 mg/L時,其輸出電壓、NH4+-N、NO2--N、TN的去除率同時達到最大,分別為206.80 mV,65.82%、89.41%、66.73%,此時最大輸出功率密度為237.62 mW/m3。結(jié)果顯示,晚期垃圾滲濾液的產(chǎn)電情況要優(yōu)于人工配制廢水,其原因可能在于晚期垃圾滲濾液的電導(dǎo)率要高于人工配制廢水,使得其傳遞電子的能力較高,降低了活化內(nèi)阻。在脫氮效率方面,以配水為陽極底物時在NH4+-N和TN去除率方面高于滲濾液,原因在于滲濾液的水質(zhì)較為復(fù)雜,且含有低濃度的有機物,對氨氮氧化產(chǎn)生抑制作用,進一步對厭氧氨氧化產(chǎn)生影響,使得其對NH4+-N的去除率較低。但在NO2--N去除率方面與之相反,其原因可能是N02--N去除率除了一部分用于厭氧氨氧化外,滲濾液中還含有低濃度的有機物,另一部分有機物與亞硝酸鹽發(fā)生反硝化反應(yīng),消耗部分亞硝酸鹽,使得滲濾液的N02--N去除率要高于配水。從反應(yīng)過程中的消耗NO2--N/消耗NH4+-N與產(chǎn)生N03-N／消耗NH4+-N的比值來看配水的比值均比滲濾液與理論值接近,說明配水的厭氧氨氧化要強于滲濾液,這也是配水的脫氮效率要高于滲濾液的原因之一。本研究首次通過接種厭氧氨氧化污泥將厭氧氨氧化與MFC陽極處理實際垃圾滲濾液相結(jié)合,證實了MFC可以實現(xiàn)陽極厭氧氨氧化脫氮,但在脫氮效率及產(chǎn)電能力方面有待進一步提高。
【關(guān)鍵詞】：MFC 滲濾液 產(chǎn)電 除碳脫氮 厭氧氨氧化
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 研究目的及意義13-14
• 1.2 微生物燃料電池的研究現(xiàn)狀14-25
• 1.2.1 MFC概述14-19
• 1.2.2 MFC處理垃圾滲濾液研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.3 MFC脫氮研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3 本文研究內(nèi)容和路線25-27
• 1.3.1 研究內(nèi)容25-26
• 1.3.2 研究路線26-27
• 第2章 實驗材料與方法27-33
• 2.1 實驗試劑與儀器27-29
• 2.1.1 實驗試劑27-28
• 2.1.2 實驗儀器28-29
• 2.2 MFC實驗裝置與材料29-31
• 2.2.1 實驗裝置29-30
• 2.2.2 實驗材料的選擇與制備30-31
• 2.2.3 垃圾滲濾液31
• 2.3 分析方法31-33
• 2.3.1 水質(zhì)分析31
• 2.3.2 電學(xué)分析31-33
• 第3章 MFC處理不同濃度新鮮滲濾液產(chǎn)電及除碳脫氮研究33-47
• 3.1 前言33
• 3.2 試驗內(nèi)容33-34
• 3.3 試驗結(jié)果與討論34-45
• 3.3.1 MFC處理不同濃度滲濾液的產(chǎn)電及除碳脫氮性能研究34-41
• 3.3.2 MFC連續(xù)處理高濃度滲濾液的產(chǎn)電及除碳脫氮性能研究41-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 MFC處理老齡滲濾液陽極厭氧氨氧化脫氮產(chǎn)電的研究47-62
• 4.1 前言47
• 4.2 試驗內(nèi)容47-48
• 4.3 試驗結(jié)果與討論48-60
• 4.3.1 MFC脫氮的產(chǎn)電性能分析及討論48-52
• 4.3.2 MFC的脫氮效果分析及討論52-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第5章 結(jié)論與建議62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 后續(xù)研究建議63-64
• 參考文獻64-70
• 附錄70-71
• 致謝71

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本文編號：555909