单室微生物燃料电池污水处理与产电性能的研究

发布时间：2017-06-27 09:03

  本文关键词：单室微生物燃料电池污水处理与产电性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFC)是一种新型微生物处理技术,通过微生物将废水中蕴含的有机化学能转化为电能。但MFC技术在产电和废水处理方向上的应用依然有许多问题需要解决,本课题针对实验室合成废水和垃圾渗滤液的处理,来研究单室MFC电化学性能和处理效果。主要成果如下:以铂碳为空气阴极催化剂的MFC处理实验室合成废水中的氮磷元素,结果发现,进水NH4Cl浓度的大小会影响MFC产电性能,只有当进水NH4Cl为4 mmol/L时,MFC输出电压最大且为371 mV,最大输出功率密度为301.6 mW/m2,内阻为200Ω。单室MFC最佳运行周期为72 h,对废水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、总氮(Total nitrogen,TN)和总磷(Total phosphorus,TP)的去除率分别为79.9%、19.7%和44.8%。对MFC出水进行曝气处理可提高TN和TP的去除率,分别可达到79.6%和95.2%,曝气时间6 h最佳。MFC阴极表面发现磷酸铵镁结晶,表明MFC中有部分氮磷是以沉淀的形式被去除。对水样的测试发现,NO3--N和NO2--N的含量逐渐上升,NH4+-N含量逐渐下降但TN含量下降并不显著,说明氨氮的降低部分原因是转化为其他形式的氮。TP的含量变化表明MFC只能去除小部分磷,大部分磷的去除依靠曝气处理。改性活性炭作空气阴极催化剂MFC对垃圾渗滤液的处理效果受改性条件的影响,实验证明对活性炭进行预处理时,选用硫酸溶液的体积分数为40%较好,硫酸亚铁质量分数为10%较好,混合震荡时间适宜为24 h。该MFC对渗滤液COD的去除率可达54.3%,TN去除率为21.2%,最高电压为306 mV,输出功率密度为94 mW/m2。最后,对比铂碳催化剂MFC和改性活性炭MFC处理渗滤液的效果,结果显示,改性活性炭MFC表现出更高的电化学性能和去除能力。活性炭MFC较铂碳MFC的输出电功率提高了23.4%,但内阻也增大了12.9%。反应器运行至4 d后,两者对NH4+-N的去除分别为33%和21%。对COD的最高去除率分别为53%和45%。活性炭以其多孔结构和负载的Fe2+获得了更高的去除效果,为活性炭代替铂碳作MFC阴极催化剂提供了可能。
【关键词】：微生物燃料电池 合成废水 活性炭 渗滤液
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.45
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 前言10-11
• 1.2 微生物燃料电池研究概况11-16
• 1.2.1 微生物燃料电池（MFCs）的发展历史概述11
• 1.2.2 MFC的基本构型与运行机理11-13
• 1.2.3 MFC的应用13-14
• 1.2.4 MFC性能的影响因素14-16
• 1.3 MFC在废水处理中的研究现状及存在问题16-21
• 1.3.1 氮磷废水处理现状及存在问题16-18
• 1.3.2 垃圾渗滤液处理现状及存在问题18-21
• 1.4 研究意义及研究内容21-23
• 第二章 实验材料与方法23-29
• 2.1 实验仪器与化学试剂23-25
• 2.2 材料的准备25-26
• 2.2.1 阴阳两电极的预处理25
• 2.2.2 Pt/C催化剂的制备25
• 2.2.3 活性炭催化剂的制备25-26
• 2.3 微生物燃料电池的构造26
• 2.4 分析方法26-29
• 2.4.1 电压数据采集26
• 2.4.2 电池内阻26-27
• 2.4.3 功率密度和极化曲线27
• 2.4.4 水质测定27
• 2.4.5 扫描电镜样品处理27-29
• 第三章 单室MFC产电性能与脱氮除磷的研究29-37
• 3.1 材料与方法29-30
• 3.1.1 实验装置29-30
• 3.1.2 MFC的接种与启动30
• 3.1.3 实验内容设计30
• 3.2 结果与讨论30-36
• 3.2.1 MFC运行稳定后的电学性质30-31
• 3.2.2 扫描电子显微镜和能谱图的测试结果31-32
• 3.2.3 不同氨氮浓度对MFC电化学性质和脱氮除磷的影响32-33
• 3.2.4 MFC不同运行时间对COD降解以及脱氮除磷的影响33-34
• 3.2.5 MFC出水曝气时间对脱氮除磷的影响34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 改性活性炭对单室MFC处理垃圾渗滤液的研究37-48
• 4.1 材料与方法38-39
• 4.1.1 实验装置38
• 4.1.2 MFC接种与启动38
• 4.1.3 实验内容设计38-39
• 4.2 结果与讨论39-46
• 4.2.1 MFC运行稳定后的电学性质39-43
• 4.2.2 扫描电子显微镜与能谱测试结果分析43-45
• 4.2.3 MFCs对渗滤液中的主要污染物的去除45-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第五章 不同阴极催化剂的MFC产电性能和废水处理的研究48-54
• 5.1 材料与方法48-49
• 5.1.1 实验装置48-49
• 5.1.2 MFC接种和启动49
• 5.1.3 实验内容设计49
• 5.2 结果与讨论49-53
• 5.2.1 MFC驯化稳定后的电化学性质49-50
• 5.2.2 不同运行时间废水处理的效果50-52
• 5.2.3 电极的表面特征与MFC出水色差对比52-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第六章 结论和展望54-57
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-57
• 参考文献57-65
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果65-66
• 致谢66-67
• 附表67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 连静,祝学远,李浩然,冯雅丽;直接微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J];科学技术与工程;2005年22期

2 连静;冯雅丽;李浩然;杜竹玮;;微生物燃料电池的研究进展[J];过程工程学报;2006年02期

3 连静;冯雅丽;李浩然;刘志丹;周良;;直接微生物燃料电池的构建及初步研究[J];过程工程学报;2006年03期

4 关毅;张鑫;;微生物燃料电池[J];化学进展;2007年01期

5 杨冰;高海军;张自强;;微生物燃料电池研究进展[J];生命科学仪器;2007年01期

6 洪义国;郭俊;孙国萍;;产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展[J];微生物学报;2007年01期

7 詹亚力;张佩佩;闫光绪;郭绍辉;;微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J];科技咨询导报;2007年03期

8 丁平;邵海波;刘光洲;段东霞;麻挺;陈嗣俊;王建明;张鉴清;;应用需盐脱硫弧菌的微生物燃料电池发电研究(英文)[J];电化学;2007年02期

9 园丁;;微生物燃料电池:既处理污水又发电[J];污染防治技术;2007年03期

10 刘登;刘均洪;刘海洲;;微生物燃料电池的研究进展[J];化学工业与工程技术;2007年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 顾忠泽;吴文果;;微生物燃料电池的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年

2 赵峰;;来自废水的能量-微生物燃料电池[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年

3 李正龙;刘红;孔令才;韩梅;;可利用空间基地有机废物的微生物燃料电池预研[A];中国空间科学学会第16届空间生命学术研讨会论文摘要集[C];2005年

4 孙健;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（一）[C];2007年

5 赵峰;;微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年

6 付玉彬;;海底微生物燃料电池研究和应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年

7 孔晓英;李连华;李颖;杨改秀;孙永明;;葡萄糖浓度对微生物燃料电池产电性能的影响[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年

8 袁勇;庄莉;周顺桂;;盘管式微生物燃料电池的构建及其应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年

9 喻玉立;袁用波;胡忠;;产电菌的选育及其在微生物燃料电池中的应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年

10 陈禧;王炜;彭香琴;刘宇波;幸毅明;;微生物燃料电池结构与材料研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第八卷）[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 ;微生物燃料电池处理污水发电两不误[N];中国环境报;2005年

2 记者 符王润 通讯员 曾晓舵 李洁尉 刘静;微生物燃料电池有很大挖掘空间[N];广东科技报;2010年

3 萧潇;微生物燃料电池：处理污水发电两不误[N];中国煤炭报;2005年

4 记者　毛黎;微生物燃料电池技术又推进一步[N];科技日报;2006年

5 纪振宇;微生物燃料电池为汽车节能环保提供解决方案[N];中国高新技术产业导报;2008年

6 本报记者 赵亚平;虾兵蟹将派上新用场[N];科技日报;2007年

7 张芮;希腊从芝士副产品中回收能源[N];中国石化报;2010年

8 常丽君;高空“超级细菌”可成发电新能源[N];科技日报;2012年

9 编译 杨孝文;微生物机器人吃苍蝇发电[N];北京科技报;2006年

10 记者 陈勇;美科学家开发出微生物燃料电池[N];新华每日电讯;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 黄杰勋;产电微生物菌种的筛选及其在微生物燃料电池中的应用研究[D];中国科学技术大学;2009年

2 陶琴琴;微生物燃料电池同步脱氮除磷及产电性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 徐磊;微生物燃料电池PB/rGO阴极材料及导电膜自清洁性能研究[D];大连理工大学;2015年

4 臧国龙;基于微生物燃料电池的复杂废弃物处置及光电催化制氢[D];中国科学技术大学;2013年

5 代莹;银/铁—碳基复合体作为微生物燃料电池阴极的性能研究[D];黑龙江大学;2016年

6 龚小波;微生物燃料电池高效电极与界面设计强化产电特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 孙哲;光催化型微生物燃料电池产电特性及对污染物去除研究[D];东华大学;2016年

8 程建萍;微生物燃料电池阴极的功能拓展及机理分析[D];合肥工业大学;2015年

9 孙彩玉;基于BES污水处理—产能研究及微生物群落结构解析[D];东北林业大学;2016年

10 杜月;生物阴极微生物燃料电池特性及其与光催化耦合模式的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张鑫;复合微生物燃料电池的研究[D];天津大学;2007年

2 周秀秀;微生物燃料电池阴极催化剂双核酞菁钴的结构及性能优化[D];华南理工大学;2015年

3 黄丽巧;基于微生物燃料电池技术的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];华南理工大学;2015年

4 印霞h，

本文编号：489172