金属空气电池-MEC耦合系统处理养猪废水及产氢效能研究

发布时间：2017-08-18 07:03

  本文关键词：金属空气电池-MEC耦合系统处理养猪废水及产氢效能研究

  更多相关文章： 微生物电解池 养猪废水 金属空气电池 絮凝

【摘要】：养猪废水含有高有机物、高氨氮、高悬浮物,属于难降解的有机废水,并且出水中带有许多病菌,直接排放或是未达标排放会严重危害生态环境和人类健康。目前在我国,养猪废水的处理技术效率低,且造价较高,大多数的废水并不能得到合理处理达标排放。针对这种高浓度废水,目前还未找到经济有效的处理方法。微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)作为一项高新技术,不仅可利用环境中广泛存在的废弃物,甚至可以高浓度废水作为原料,降解了废水中有机物的同时,产生了氢气,还生成了一些其它有价值的产物,处理了污染物的同时实现了能源回收,且属于低能耗设备。而金属空气电池作为一类有前途的动力能源,是一种新型的燃料电池,比能量高、成本低、寿命长。若以铝或铁作为电池阳极,不仅可以产生较高的电能,还可以在电池反应的过程中产生絮凝剂,对废水有一定的处理效果。实验以Cubic反应器为基础,首先构成了铝/铁-金属空气电池结构,对不同的条件进行优化。考察电池放电性能,实验结果表明电解液NaCl浓度为35 g/L,溶液pH在7左右,电路连入小电阻时,电池的性能效果最好,周期较长。铁电池能够获得更高的电势,铝电池放电反应更快。同时考察不同条件下产生絮凝剂的最优参数,并对养猪废水进行絮凝预处理。在最佳条件下,电絮凝对养猪废水COD、氨氮、SS和浊度的去除率分别可达到61%、41%、52%、55%。考察不同MEC的启动方式,以最优条件下的金属空气电池提供电压,驱动MEC反应器,对底物养猪废水进行处理。通过检测出水的COD以及对产生气体的成分分析,同时结合高通量测序技术,对不同微生物电解池中功能菌群和机制进行初步研究。结果表明双铁电池-MEC反应器对废水的处理效果最佳,稀释过的废水COD可降低到300 mg/L,未稀释废水COD最终降到360 mg/L,氢气回收率分别达到36.14%和18.46%,能量效率分别达到94%和80%。直接启动的MEC和双电池供电的MEC产氢效能较高,在反应器中均含有较多的产电微生物菌落和相似的菌群结构,与反应器表现出的性能差异相似,即其运行效能与反应器中生物群落的结构存在着密切的关系。
【关键词】：微生物电解池 养猪废水 金属空气电池 絮凝
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源、背景及研究目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题背景9-10
• 1.1.3 研究目的和意义10
• 1.2 金属空气电池概况及其研究进展10-12
• 1.2.1 金属空气电池的结构与特点10-11
• 1.2.2 金属空气电池的研究进展11-12
• 1.2.3 电絮凝技术12
• 1.3 微生物电解池的研究进展12-15
• 1.3.1 微生物电解池系统结构和原理12-13
• 1.3.2 微生物电解池处理废水以及产氢的研究进展13-14
• 1.3.3 金属空气电池和微生物电解池的联合运行14-15
• 1.4 养猪废水处理技术的研究进展15-17
• 1.4.1 养猪废水水质特征15-16
• 1.4.2 养猪废水处理技术的研究进展16-17
• 1.5 主要研究内容与技术路线17-19
• 1.5.1 论文的主要研究内容17
• 1.5.2 技术路线17-19
• 第2章 实验材料与实验方法19-28
• 2.1 实验材料与仪器19-20
• 2.1.1 实验材料19-20
• 2.1.2 实验仪器20
• 2.2 废水来源与水质20-21
• 2.2.1 废水来源20
• 2.2.2 废水水质20-21
• 2.3 实验反应器的装置21-23
• 2.3.1 金属空气电池的装置21-22
• 2.3.2 微生物电解池的装置构型22
• 2.3.3 金属空气电池与微生物电解池系统实验装置22-23
• 2.4 分析项目与方法23-28
• 2.4.1 总铝（铁）量及铝（铁）离子形态分布23-24
• 2.4.2 Zeta电位24
• 2.4.3 电学指标的测定24-25
• 2.4.4 废水水质检测及分析方法25
• 2.4.5 气体指标的测定25-26
• 2.4.6 扫描电子显微镜预处理的方法26-28
• 第3章 铝、铁空气电池产电性能研究28-37
• 3.1 不同溶液电导率的电池性能效果28-31
• 3.1.1 铝铁空气电池电化学性能分析28-30
• 3.1.2 铝铁空气电池电镜分析30-31
• 3.2 不同起始pH值的电池性能效果31-34
• 3.2.1 铝空气电池31-33
• 3.2.2 铁空气电池33-34
• 3.3 不同电极组合的电池性能效果34-35
• 3.4 不同电路外阻的电池性能效果35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 铝、铁空气电池产絮对养猪废水处理效果研究37-57
• 4.1 金属空气电池产生絮凝剂的条件优化37-50
• 4.1.1 不同溶液电导率的优化37-43
• 4.1.2 不同起始pH值的优化43-47
• 4.1.3 不同电极组合的研究47-49
• 4.1.4 不同电路外阻的研究49-50
• 4.2 金属空气电池直接絮凝养猪废水的效果50-53
• 4.2.1 养猪废水水质指标的变化50-52
• 4.2.2 养猪废水Zeta电位的变化52-53
• 4.3 外加絮凝剂絮凝养猪废水的效果53-55
• 4.3.1 养猪废水水质指标的变化53-55
• 4.3.2 养猪废水Zeta电位的变化55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 金属空气电池驱动MEC处理养猪废水性能研究57-77
• 5.1 MFC的启动57-66
• 5.1.1 MFC转化为MEC的运行模式57
• 5.1.2 金属空气电池对MEC反应器的驱动57-66
• 5.2 MEC反应器的直接启动66-68
• 5.3 金属空气电池-MEC运行的效果研究68-72
• 5.3.1 金属空气电池-MEC运行过程中COD的变化68-69
• 5.3.2 金属空气电池-MEC运行过程中电化学性能的研究69-70
• 5.3.3 金属空气电池-MEC运行过程中产气性能的分析70-72
• 5.3.4 金属空气电池-MEC运行过程中能量回收率的计算72
• 5.4 MEC反应器微生物群落结构分析72-75
• 5.5 本章小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-84
• 攻读硕士期间发表的论文及其它成果84-86
• 致谢86

，

本文编号：693213