三相单室微生物燃料电池高盐下产电与脱氮耦合研究

发布时间：2021-01-07 02:57

　　微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是利用产电微生物为阳极催化剂,将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的装置。MFC在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。当MFC以高盐废水为基质进行产电和废水净化耦合运行时,高盐可以提高溶液的电导率,从而减小MFC的内阻,有利于MFC的产电;但是高盐同时也会抑制微生物的生长代谢,导致MFC的产电性能和废水净化功能的下降。因此,高盐下MFC产电与废水净化耦合技术,亟需解决高盐对电极微生物生长代谢的抑制问题。本文欲将盐单胞菌（Halomonas）的耐盐及耐盐协助功能和同步硝化反硝化（SND）脱氮功能整合至MFC中,构建一种“耐盐性生成-传递-获得”体系,提高MFC电极微生物的耐盐性,强化高盐下产电效率与SND脱氮效率。本文通过添加1g/LCaCl2,促进了 MFC阳极上微生物的聚集,加快了生物膜的成熟,大大缩短了 MFC的启动周期。通过将两极单室MFC（Common MFC）中NaCl浓度从0分别增加至15、30、45和60 g/L,稳定期内的平均电压分别降低了 5.6%、37.1%、45.9%、52.7%,验证了高盐... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

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【学位级别】：硕士

【图文】：

图１．１?ＭＦＣ专利申请数据［１８］??Ｆｉｇ．?１．１?ＭＦＣ?ｐａｔｅｎｔ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｄａｔａ［１８］??２??

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???Ｉｐｔｉ＂??：ｉｉ｜ＩｌｌＳｌ?／■??：：?：；?Ｈ；〇ｌ??：＂设Ｉ??：：：＿｜＿：丨：旧：：丨：：⑴丨?阴极室??图１．４典型双室ＭＦＣ结构示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｔｗｏ－?ｃｈａｍｂｅｒ?ＭＦＣ??双室ＭＦＣ是最早最经典的形态（见图１．４），其由阳极室和阴极室组成，中间用质??子交换膜（Ｐｒｏｔｏｎ?Ｅｘｃｈａｎｇｅ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ，ＰＥＭ）或盐桥等材料分隔。双室ＭＦＣ由于两极??之间距离较远，且中间还隔着ＰＥＭ，导致其传质阻力较大，内阻较高，进而导致了功??率密度较低。并且双室ＭＦＣ的复杂设计和阴极室的定期通气等因素也限制了其应用范??围和在工业上的放大。??单室ＭＦＣ结构则较为简单，去除了阴极室，可以节约空间节约成本，基本结构原??理见图１．２。单室ＭＦＣ是由Ｐａｒｋ等人于２００３采用无需曝气的空气阴极首次设计而成，??见图１．５［４６］。其原理为阳极的产电微生物氧化底物生成电子与质子，电子被阳极捕捉后??途径外电路传递至阴极，而质子则透过ＰＥＭ?（或无ＰＥＭ）到达阴极，在微生物的催化??下与氧气等电子受体结合完成还原反应。从电极形式上又可将单室ＭＦＣ细分为：“二合??一”型的ＭＦＣ?（阴极与ＰＥＭ压制在一起）、“三合一”型的ＭＦＣ?（阴、阳极与ＰＥＭ压制??在一起）以及无膜型ＭＦＣ。单室ＭＦＣ的两电极间距近，传质速率较高，并且具有无需??曝气，结构简单，运行费用低，占地小等诸多优点。若想进一步提高ＭＦＣ的电压输出??还可以去除ＰＥＭ，即无膜型ＭＦＣ。由Ｍｉｎ等人于２００４年设计的一种平板

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???等人在受到Ｊａｎｇ等⑶］的设计思想启发后设计的，进料从底部的阳极处流入，穿过阴极??后于顶部连续流出，没有单独的阳极电解液和阴极电解液［５１］。利用阳极和阴极之间的扩??散势垒提供ＤＯ梯度，以使ＭＦＣ正常运行。Ｚｈｏｕ等人利用类似原理设计出了溢流式??ＭＦＣ，两电极室之间通过上部的一个溢流通道相连接，见图１．９［５２］。图１．１０显示了一个??堆叠（堆栈）式的ＭＦＣ，被Ａｅｌｔｅｍａｎ等人用于研究多个串联或并联连接的ＭＦＣ的性??能，研究表明通过串联或并联连接多个ＭＦＣ，可以提高电压或电流输出［５３］。??Ａ正视图??ｍ?Ｌｒｎ??????—外电阻??阳极?—１??Ｌ?ＰＥＭ??Ｂ．侧视图??＾?＼Ｘ＾）￣?ｐｅｍ??进水??图１．７圆柱形ＭＦＣ［１５１??Ｆｉｇ．?１．７?Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ＭＦＣ［】５］??９??


本文编号：2961763