豬場廢水是一種典型的高濃度有機(jī)廢水,在某些地區(qū)的排放量甚至超過了工業(yè)污水和生活污水,同時也是我國農(nóng)業(yè)面源污染的重要源頭之一,它的合理化處置和資源化潛能利用也一直是國內(nèi)外研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文利用微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC)技術(shù)的污染物降解和同步產(chǎn)電特性,以及與人工濕地(constructed wetland,CW)在結(jié)構(gòu)上耦合的有利優(yōu)勢,構(gòu)建了人工濕地—微生物燃料電池系統(tǒng)(Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,CW-MFC)。并在對比傳統(tǒng)垂直流人工濕地—微生物燃料電池運(yùn)行效能的基礎(chǔ)上,將系統(tǒng)單一流向優(yōu)勢于結(jié)構(gòu)上進(jìn)行融合,首次設(shè)計(jì)、構(gòu)建并運(yùn)行了一種全新的復(fù)合垂直流人工濕地—微生物燃料電池集成系統(tǒng)(Integrated Vertical Flow Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,IVCW-MFC),并將實(shí)際豬場廢水作為目標(biāo)底物進(jìn)行長期連續(xù)運(yùn)行,成功的實(shí)現(xiàn)了污水處理效果的強(qiáng)化和同步產(chǎn)電性能的提升。與此同時,針對系統(tǒng)在抗負(fù)荷沖擊、晝夜交替、外接電阻等外部條件變化情況下,...

【文章頁數(shù)】：177 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 能源現(xiàn)狀
        1.1.2 豬場廢水的特征及危害
        1.1.3 豬場廢水的傳統(tǒng)處理技術(shù)
    1.2 人工濕地技術(shù)
        1.2.1 人工濕地的概述
        1.2.2 人工濕地系統(tǒng)的污染物去除機(jī)理
        1.2.3 人工濕地去除污染物的影響因素
    1.3 微生物燃料電池技術(shù)
        1.3.1 微生物燃料電池的基本原理
        1.3.2 微生物燃料電池的分類
        1.3.3 微生物燃料電池的研究現(xiàn)狀
        1.3.4 濕地型-微生物燃料電池技術(shù)的研究進(jìn)展
    1.4 本文研究目的、意義、內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.4.1 研究目的和意義
        1.4.2 研究的主要內(nèi)容
        1.4.3 技術(shù)路線
第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法
    2.1 CW-MFC系統(tǒng)的構(gòu)建
        2.1.1 VFCW-MFC的構(gòu)建
        2.1.2 IVCW-MFC的構(gòu)建
    2.2 試驗(yàn)儀器和材料
    2.3 系統(tǒng)的接種與啟動
    2.4 常規(guī)檢測項(xiàng)目及方法
        2.4.1 化學(xué)需氧量
        2.4.2 氨氮
        2.4.3 硝酸鹽氮
        2.4.4 總氮
        2.4.5 亞硝酸鹽氮
        2.4.6 總磷
        2.4.7 溶解氧值
        2.4.8 pH值
    2.5 電化學(xué)性能評價方法(電化學(xué)測試及評價方法)
        2.5.1 電壓、電流、電流密度
        2.5.2 極化曲線
        2.5.3 功率和功率密度
        2.5.4 庫倫效率和總電荷量
        2.5.5 內(nèi)阻
    2.6 微生物學(xué)分析和材料表征方法
        2.6.1 MiSeq高通量測序技術(shù)
        2.6.2 掃描電鏡
第三章 產(chǎn)電型人工濕地的構(gòu)建與效能研究
    3.1 VFCW-MFC的廢水處理及同步產(chǎn)電
        3.1.1 材料與方法
        3.1.2 VFCW-MFC對 COD的去除特性
        3.1.3 VFCW-MFC的脫氮特征
        3.1.4 VFCW-MFC的同步產(chǎn)電特性
    3.2 IVCW-MFC的開發(fā)及性能研究
        3.2.1 材料與方法
        3.2.2 IVCW-MFC對 COD的去除效果
        3.2.3 IVCW-MFC的強(qiáng)化脫氮特征
        3.2.4 IVCW-MFC的同步產(chǎn)電特征
    3.3 CW-MFC結(jié)構(gòu)對污染物去除和產(chǎn)電的影響
        3.3.1 污染物去除的差異
        3.3.2 產(chǎn)電效能的差異
    3.4 本章小結(jié)
第四章 IVCW-MFC處理實(shí)際豬場廢水研究
    4.1 材料與方法
    4.2 豬場廢水中COD的去除特性
    4.3 IVCW-MFC對豬場廢水中脫氮性能的強(qiáng)化
    4.4 IVCW-MFC對豬場廢水中磷的去除
    4.5 IVCW-MFC的長期產(chǎn)電特征
    4.6 電極生物膜的形成
    4.7 晝夜變化對產(chǎn)電的影響
    4.8 外電阻變化對產(chǎn)電及污染物去除的影響
    4.9 本章小結(jié)
第五章 IVCW-MFC微生物結(jié)構(gòu)及功能微生物解析
    5.1 材料與方法
        5.1.1 樣品采集
        5.1.2 樣品處理與檢測
        5.1.3 數(shù)據(jù)分析
    5.2 IVCW-MFC系統(tǒng)中微生物群落的群落差異性分析
        5.2.1 微生物群落豐度與多樣性分析
        5.2.2 微生物群落層次聚類分析
        5.2.3 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
        5.2.4 微生物群落差異性分析
        5.2.5 微生物功能預(yù)測分析
    5.3 季節(jié)變化的微生物群落差異性分析
        5.3.1 微生物群落豐度與多樣性分析
        5.3.2 微生物群落結(jié)構(gòu)及差異性分析
        5.3.3 微生物功能預(yù)測分析
    5.4 產(chǎn)電功能菌屬分析
    5.5 污染物去除功能菌屬分析
    5.6 微生物群落演替與環(huán)境互作分析
    5.7 本章小結(jié)
第六章 植物對IVCW-MFC凈化豬場廢水及同步產(chǎn)電的影響研究
    6.1 材料與方法
        6.1.1 裝置運(yùn)行
        6.1.2 根系分泌物分析
    6.2 不同植物對豬場廢水的凈化效果
        6.2.1 DO濃度分布差異
        6.2.2 根系分泌物特性分析
        6.2.3 COD去除效果
        6.2.4 氮去除效果
    6.3 不同植物對IVCW-MFC系統(tǒng)的產(chǎn)電性能影響
    6.4 不同植物IVCW-MFC系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)解析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間的研究成果



本文編號：3858458