通過構建兩組平行的、不同電極間距的人工濕地耦合微生物燃料電池系統(tǒng)（CW-MFC）（反應器A、B,其電極間距分別為18、28 cm）,探究了水力停留時間（HRT）、進水有機碳源濃度（COD）以及電極間距等因素對耦合系統(tǒng)的污水處理及產電性能的影響情況,考察了反應器A中陰極微生物對系統(tǒng)產電性能的影響情況。并通過分析兩個反應器陽極以及反應器A陰極的微生物群落結構特征,將宏觀的實驗現(xiàn)象與生物分析數(shù)據(jù)相結合。本研究為該新型耦合系統(tǒng)的后期研究以及實際運行提供參考,主要結論如下:（1）HRT的延長有利于提高系統(tǒng)的污水處理效果及發(fā)電效果,然而過多的延長對提高CW-MFC系統(tǒng)的產電性能效果并不明顯。當進水COD為500 mg/L時,反應器A、B均在HRT為48 h時獲得最佳的污水處理效果,而分別在HRT為24 h及48 h時達到最佳產電性能。進水COD濃度在一定范圍內升高有利于提高系統(tǒng)的產電性能。HRT為24 h的條件下,反應器A、B均在進水COD濃度為1000 mg/L時達到最佳產電性能,最高輸出電壓以及最大功率密度分別為548 mV、540 mV;120.31 mW/m3、116.83 mW/m3。電... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

MFC工作原理示意圖

其基本結構如圖1.2所示。陽極室一般為厭氧狀態(tài)，且產電微生物會附著在陽極電極的表面，因此陽極電極應具有良好的導電性、高比表面積、生物相容性等的特點。常見的陽極材料有石墨、石墨刷、碳氈、活性炭、不銹鋼網(wǎng)等。陰極室一般通過曝氣提供氧氣作為電子受體，也可采用其他物質作為電子受體。PEM的作用則是防止陰極溶解氧向陽極室傳遞影響產電細菌的活性。PEM的應用使系統(tǒng)條件的改變更加方便，但也提高了系統(tǒng)內阻不利于系統(tǒng)產電。然而該構型復雜，不適用于大型設施。此外電能輸出不高是目前限制雙室MFC系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸。圖1.2MFC的基本構造示意圖（2）單室型有學者針對雙室型MFC存在的缺陷構建了單室型MFC系統(tǒng)，該系統(tǒng)將陰極直接暴露在空氣中，且不使用PEM隔膜。首個單室MFC系統(tǒng)于2003年由Park[23]創(chuàng)建，其基本結構如圖1.3所示，陽極電極放置在密封的厭氧瓶中，陰極電極則直接置于空氣中。隨后，單室MFC系統(tǒng)構型不斷被改造及優(yōu)化，目前有以下幾種基本構型：1）單室無膜空氣陰極型MFC。和圖1.3所示構型比較，改構型同樣不含有質子交換膜并將陽極和陰極放置在同一個腔室內，通過改造系統(tǒng)的最大功率密度提高約一倍，由262mW/m2提高到494mW/m2。然而由于陰極溶解氧的影響，系統(tǒng)的電子回收率降低[24]。2）單室管狀空氣陰極型MFC，其基本構型如圖1.4所示[25]。該系統(tǒng)整體結構為圓柱狀，陽極和陰極分別位于相對側，陽極由碳紙組成，陰極則由粘合PEM的碳布構成。相較于雙室MFC系統(tǒng)，單室MFC系統(tǒng)結構更為簡單，且不需要曝氣提供電子受體，降低能耗。同時，

1緒論5由于取消了PEM隔膜的使用，不僅使系統(tǒng)內阻大大降低、輸出功率提高，還節(jié)約了構造成本，更利于工程實踐。圖1.3首個單室MFC系統(tǒng)示意圖圖1.4單室管狀1.2.3微生物燃料電池的研究現(xiàn)狀（1）廢水凈化和產電性能MFC系統(tǒng)因其在廢水處理過程中的可持續(xù)發(fā)電而被廣泛認可。該系統(tǒng)處理污水具有節(jié)能、減少污泥體積以及生物產電等優(yōu)點，被認為是解決水和能源問題的偉大解決方案[26,27]。近年來，國內外學者對MFC系統(tǒng)在生物能源和廢水處理方面的研究取得了很大的進展，包括廢水處理與回收、生物發(fā)電、發(fā)電與廢水處理、電極材料、薄膜、產電微生物、設計與配置、生物制氫、生物傳感器、MFC類型以及其他系統(tǒng)相結合。處理不同廢水時MFC系統(tǒng)的廢水凈化效率以及產電性能如表1.1所示。目前MFC系統(tǒng)已被應用于處理各種含有可降解的有機化合物和營養(yǎng)物質的廢水，如植物油工業(yè)廢水、木薯廠廢水、酒廠廢水、乳制品廢水、煉油廢水、海產品加工廢水、食品加工廢水、養(yǎng)殖廢水、棉紡織業(yè)廢水等。表1.1MFC系統(tǒng)處理不同廢水時的凈化效率以及產電性能廢水類型去除效率（%）功率密度參考文獻城市污水70~90%COD7~60W·m-3[28]植物油工業(yè)廢水67.3%硫酸鹽；73.6%磷酸鹽；80~90%COD6119mW·m-2[29]酒廠廢水66~79%COD；40%總溶解性固體（TDS）；97%總懸浮固體（TSS）836.8mW·m-2[30]乳制品廢水90.5%COD；81.7%BOD5；73.22%NH3，NH4+69.43%；39.43%SO42-；70.17%TSS；64.6%揮發(fā)性SS621.13mW·m-2[31]煉油廢水除油率84.3%330.4mW·cm-3[32]

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3232268