本文關(guān)鍵詞：生物陰極型微生物燃料電池處理含鹽氨氮廢水及產(chǎn)電性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物陰極型微生物燃料電池是陰極以微生物作為催化的一種微生物燃料電池,可用于多種污染物質(zhì)的去除,是近年微生物燃料電池的研究熱點(diǎn)之一。本文構(gòu)建生物陰極型微生物燃料電池,陽極室的出水進(jìn)入間歇曝氣的陰極室進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng),達(dá)到去除有機(jī)物和氨氮的同時能夠回收電能的目的。以自配含鹽氨氮廢水作為處理對象,第一階段優(yōu)化BCMFC性能：探究外接電阻、鹽度、溶解氧(DO)、水力停留時間(HRT)以及碳氮比對BCMFC同時脫氮除碳及產(chǎn)電性能的影響。獲得最佳運(yùn)行條件：第二階段,擬合陽極有機(jī)物降解和陰極氨氮去除的動力學(xué)方程,分析不同運(yùn)行條件對BCMFC系統(tǒng)性能的動力學(xué)方面的影響；第三階段,分析鹽度和DO對硝化反硝化酶的活性的影響。得出如下實驗結(jié)果：(1)最佳運(yùn)行條件是鹽度為10%海水比例、外接500Ω電阻、DO為4.0-5.0mg/L、HRT為20 h、碳氮比為25：1。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度約為70 mg/L、COD濃度約1600 mg/L時,氨氮的去除率約為95.76%、COD去除率為99%、總氮去除率為80.11%、最大輸出功率為1536 mW/m3、最大電流密度為3200 mA/m3、內(nèi)阻為224 Ω。對BCMFC性能影響最大的因素是鹽度和DO。隨著鹽度至50%海水比例時,BCMFC的性能未受到明顯的影響,當(dāng)鹽度升高至70%海水比例時COD、氨氮和總氮的去除率分別降至85%、66.67%和52.55%,最大輸出功率為175 mW/m3、最大電流密度1364 mA/m3,內(nèi)阻達(dá)到1352 Ω, BCMFC脫氮除碳效果變差,內(nèi)阻增加,產(chǎn)電性能下降。隨著DO從0.2 mg/L增加至7 mg/L,10%海水比例下BCMFC的產(chǎn)電性能上升,最大輸出功率密度從57增加至2500 mW/m3,內(nèi)阻從2380 Ω降低至165 Ω。(2)最佳運(yùn)行條件下的動力學(xué)分析結(jié)果如下：陽極COD降解和陰極氨氮的去除均符合一級反應(yīng)動力學(xué),陽極降解COD過程擬合方程為y=-0.123x+0.0771,回歸系數(shù)R2=0.983。陰極去除氨氮過程擬合方程為y=-0.00625x+0.0728,回歸系數(shù)R2=0.968。在鹽度影響下,陽極COD的降解符合一級反應(yīng)動力學(xué),且一級反應(yīng)速率常數(shù)在10%海水比例時最高(0.123)是70%海水比例(0.051)的2.41倍：陰極氨氮的去除,當(dāng)鹽度增加至30%海水比例時,反應(yīng)級數(shù)由一級變成二級,二級反應(yīng)速率常數(shù)由9.92×10-5(30%海水比例)降至1.20×10-5(70%海水比例),說明鹽度對陽極COD的降解影響較小,對陰極氨氮的去除影響較大。隨著DO濃度的增加,陽極COD的降解基本符合一級動力學(xué)方程,DO為7mg/L反應(yīng)速率常數(shù)是DO為0.2 mg/L的4.6倍。說明DO對陽極微生物降解COD的過程影響較大。DO=4.6 mg/L與DO=7 mg/L的反應(yīng)速率常數(shù)較為接近；陰極氨氮的去除基本符合一級動力學(xué),反應(yīng)速率常數(shù)隨著DO的增加而增大,DO為7 mg/L的一級反應(yīng)速率常數(shù)是DO為2 mg/L的10.5倍。對比冪函數(shù)動力學(xué)模型和Monod模型,得出Monod模型擬合時相關(guān)性較差,不適合用來擬合陽極降解COD過程和陰極去除氨氮過程。(3)鹽度對硝化反硝化過程影響比較明顯,高鹽度會造成亞硝酸鹽的積累,影響了氨單加氧酶的活性。高鹽度影響反硝化過程,使得在高鹽度情況下,硝酸鹽還原酶和亞硝酸還原酶的活性有所差異。溶解氧對氨單加氧酶的影響較小,主要影響亞硝酸氧化還原酶、硝酸鹽還原酶和亞硝酸還原酶的活性。
【關(guān)鍵詞】：鹽度 生物陰極型微生物燃料電池 脫氮除碳 產(chǎn)電性能 動力學(xué)分析
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TM911.45
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 前言14-15
• 1 緒論15-25
• 1.1 微生物燃料電池的介紹15-16
• 1.2 生物陰極型微生物燃料電池的研究進(jìn)展16-20
• 1.2.1 非生物陰極16-17
• 1.2.2 生物陰極17-20
• 1.3 含鹽廢水有機(jī)物和氨氮處理的研究進(jìn)展20-21
• 1.4 生物陰極型MFC處理脫氮除碳的研究21-23
• 1.5 課題的研究背景、目的和意義23-25
• 1.5.1 選題背景23
• 1.5.2 課題研究目的和意義23-25
• 2 實驗材料與方法25-32
• 2.1 生物陰極型微生物燃料電池和實驗系統(tǒng)25-26
• 2.1.1 生物陰極型微生物燃料電池的構(gòu)建25
• 2.1.2 BCMFC的接種與啟動25-26
• 2.2 實驗試劑和儀器26-29
• 2.2.1 實驗試劑26-28
• 2.2.2 主要儀器28-29
• 2.3 數(shù)據(jù)采集裝置與方法29
• 2.4 BCMFC產(chǎn)電性能分析方法及計算方法29-31
• 2.4.1 電流密度和功率密度29-30
• 2.4.2 極化曲線30
• 2.4.3 內(nèi)阻的測定30-31
• 2.5 BCMFC水質(zhì)化學(xué)分析方法31-32
• 3 BCMFC處理含鹽氨氮廢水及產(chǎn)電性能32-65
• 3.1 引言32
• 3.2 材料與方法32-33
• 3.2.1 試劑與儀器32-33
• 3.2.2 實驗裝置與實驗方法33
• 3.3 不同外電阻條件BCMFC脫氮除碳及產(chǎn)電性能33-39
• 3.3.1 不同外電阻條件對BCMFC氨氮去除的影響34-35
• 3.3.2 不同外電阻條件對BCMFC三氮變化的影響35-36
• 3.3.3 不同外電阻條件對BCMFC有機(jī)物的影響36-37
• 3.3.4 不同外電阻條件對BCMFC產(chǎn)電性能的影響37-39
• 3.4 不同鹽度下BCMFC脫氮除碳及產(chǎn)電性能39-46
• 3.4.1 不同鹽度對BCMFC氨氮去除的影響39-40
• 3.4.2 不同鹽度對BCMFC三氮去除的影響40-41
• 3.4.3 不同鹽度對BCMFC有機(jī)物去除的影響41-43
• 3.4.4 不同鹽度對BCMFC產(chǎn)電性能的影響43-46
• 3.5 不同溶解氧下BCMFC脫氮除碳及產(chǎn)電性能46-53
• 3.5.1 不同溶解氧對BCMFC氨氮去除的影響46-47
• 3.5.2 不同溶解氧對BCMFC三氮去除的影響47-49
• 3.5.3 不同溶解氧對BCMFC有機(jī)物去除的影響49-50
• 3.5.4 不同溶解氧對BCMFC產(chǎn)電性能的影響50-53
• 3.6 不同水力停留時間下BCMFC脫氮除碳及產(chǎn)電性能53-57
• 3.6.1 不同HRT對BCMFC氨氮去除的影響53-54
• 3.6.2 不同HRT對BCMFC三氮去除的影響54-55
• 3.6.3 不同HRT對BCMFC有機(jī)物去除的影響55-56
• 3.6.4 不同HRT對BCMFC產(chǎn)電性能的影響56-57
• 3.7 不同碳氮比下BCMFC脫氮除碳及產(chǎn)電性能57-63
• 3.7.1 不同碳氮比對BCMFC氨氮去除的影響57-58
• 3.7.2 不同碳氮比對BCMFC三氮去除的影響58-60
• 3.7.3 不同碳氮比對BCMFC有機(jī)物去除的影響60-61
• 3.7.4 不同碳氮比對BCMFC產(chǎn)電性能的影響61-63
• 3.8 本章小結(jié)63-65
• 4 BCMFC基質(zhì)降解動力學(xué)的研究65-82
• 4.1 引言65
• 4.2 材料與方法65-68
• 4.2.1 材料與儀器65-66
• 4.2.2 實驗裝置與方法66
• 4.2.3 指標(biāo)測定方法66
• 4.2.4 基質(zhì)降解動力學(xué)模型的建立66-68
• 4.3 不同鹽度下BCMFC基質(zhì)降解動力學(xué)68-72
• 4.3.1 不同鹽度下陽極降解COD的動力學(xué)68-69
• 4.3.2 不同鹽度下陰極去除氨氮的動力學(xué)69-72
• 4.4 不同DO下BCMFC基質(zhì)降解動力學(xué)72-75
• 4.4.1 不同DO下陽極降解COD的動力學(xué)72-73
• 4.4.2 不同DO下陰極去除氨氮的動力學(xué)73-75
• 4.5 不同HRT下BCMFC基質(zhì)降解動力學(xué)75-77
• 4.5.1 不同HRT下陽極降解COD的動力學(xué)75-76
• 4.5.2 不同HRT下陰極去除氨氮的動力學(xué)76-77
• 4.6 不同外電阻下BCMFC基質(zhì)降解動力學(xué)77-79
• 4.6.1 不同外電阻下陽極降解COD的動力學(xué)77-78
• 4.6.2 不同外電阻下陰極去除氨氮的動力學(xué)78-79
• 4.7 冪函數(shù)動力學(xué)模型與Monod模型的比較79-80
• 4.7.1 陽極去除COD的冪函數(shù)動力學(xué)模型與Monod模型的比較79
• 4.7.2 陰極極去除COD的冪函數(shù)動力學(xué)模型與Monod模型的比較79-80
• 4.8 本章小結(jié)80-82
• 5 BCMFC中酶活性的測定82-88
• 5.1 引言82
• 5.2 材料與方法82-85
• 5.2.1 材料與儀器82
• 5.2.2 實驗裝置與方法82
• 5.2.3 指標(biāo)測定方法82-85
• 5.3 鹽度對硝化反硝化酶活性的影響85-86
• 5.4 溶解氧對硝化反硝化酶活性的影響86-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 6 研究結(jié)論與展望88-90
• 6.1 研究結(jié)論88-89
• 6.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-95
• 致謝95-96
• 個人簡歷96
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96

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