微生物燃料电池运行因素影响研究

发布时间：2017-10-16 05:46

  本文关键词：微生物燃料电池运行因素影响研究

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【摘要】：近年来,随着社会经济的发展,能源危机、水资源危机以及水环境污染等问题日趋严重,如何治理受污染水体、渡过能源和水资源危机,维持人类社会的生存与发展,是各国政府和科学界面临的重大课题与巨大挑战。微生物燃料电池作为一种新兴的污水处理技术,可以将污水有机污染物中的化学能直接转化为电能,在处理污水的同时产生电能,具有原料广泛、反应条件温和、清洁高效等优点,既可以解决水污染问题,也能缓解能源与水资源危机,具有重要的研究价值和意义。微生物燃料电池具有广阔的市场前景,但是其低下的污水处理效果和产电能力限制了其实际的应用,如何提高MFC的输出电能和阳极液污染物的降解效率是目前该技术研究的重点。本文在总结已有研究成果的基础上,结合实际应用中经济和技术可行性的特点,选择设计了一个直接型双室微生物燃料电池。用葡萄糖溶液模拟COD浓度为800mg/L的污水作MFC的阳极液,以CuSO4溶液模拟电镀废水作阴极液,研究了电池运行温度、阳极液pH值以及阳极室搅拌速率对MFC性能的影响。首先,在自然状态下以不同浓度的CuSO4溶液作MFC的阴极液,考察了阴极液对电池性能的影响。发现CuSO4浓度为5g/L时MFC的阳极液COD降解效率和输出电压均较高,且电子接受体(Cu2+)过量,该浓度可满足实验需要。其次,在单一控制温度、pH及搅拌速率的情况下,考察了MFC的污染物去除效率和产电能力。结果表明：运行温度30℃和阳极液pH值为6分别为该MFC系统的最适运行温度和最适阳极液pH值,此时的污染物去除效率和产电能力最大；阳极室的搅拌会提高COD降解率,但会降低MFC的产电效率,搅拌速率为1000r/min时COD降解效率最高。最后,利用正交实验对MFC的最适运行条件进行研究,得到基于MFC阳极液COD去除效率和产电性能的两个理论最适运行条件。将MFC在理论最适运行条件下试运行,比较分析试运行下MFC的性能,得到该电池系统的最适运行条件。研究表明,运行温度、阳极液pH值以及阳极室搅拌速率等运行条件会对MFC的性能产生影响,控制运行条件可以有效提高MFC的性能；MFC接种微生物的生境会影响电池的最适pH值,对接种微生物驯化培养可改变接种微生物群落结构,从而可满足MFC阳极液进水水质的要求,达到污水处理的效果；Cu2+作为MFC的电子受体,其去除效果随MFC输出电压的变化而变化,提高MFC的产电性能有助于其阴极液高价态污染物的去除；MFC作为有机污水处理技术,可以达到可观的处理效率,可以作为有机污水的初级处理。
【关键词】：微生物燃料电池(MFC) 温度 pH 搅拌速率 COD降解率 Cu~(2+)去除率
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 能源短缺10
• 1.2 水资源危机10-12
• 1.2.1 水资源现状10-11
• 1.2.2 水污染现状11-12
• 1.3 污染物来源与危害12-13
• 1.4 污水处理技术13-16
• 1.5 污水处理新技术——微生物燃料电池16-22
• 1.5.1 MFC的原理17-18
• 1.5.2 MFC的特点18-19
• 1.5.3 MFC的分类19-20
• 1.5.4 微生物燃料电池的发展简史20-22
• 1.6 微生物燃料电池影响因素及研究现状22-27
• 1.6.1 电池结构对MFC的影响22-23
• 1.6.2 电池材料对MFC的影响23-25
• 1.6.3 微生物群落对MFC的影响25
• 1.6.4 运行条件对MFC的影响25-26
• 1.6.5 底物对MFC的影响26-27
• 1.6.6 阴极电子接受体对MFC的影响27
• 1.7 课题研究目的和意义27-29
• 第二章 实验材料与方法29-35
• 2.1 实验药品与仪器29-30
• 2.1.1 实验药品29
• 2.1.2 实验仪器29-30
• 2.2 实验装置30-31
• 2.3 实验方法31-32
• 2.3.1 接种污泥驯化31-32
• 2.3.2 MFC的启动32
• 2.3.3 实验过程控制32
• 2.4 测定指标与方法32-35
• 2.4.1 电压与电阻32-33
• 2.4.2 pH值与温度测定33
• 2.4.3 阳极液COD33
• 2.4.4 阴极液Cu~(2+)浓度33-35
• 第三章 MFC阴极液影响研究35-39
• 3.1 实验内容35
• 3.2 输出电压35-37
• 3.3 运行周期37
• 3.4 污染物处理效果37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 运行因素对MFC的影响39-51
• 4.1 操作温度的影响39-42
• 4.1.1 实验内容39
• 4.1.2 运行周期39-40
• 4.1.3 电性能40-41
• 4.1.4 除污性能41-42
• 4.1.5 本节小结42
• 4.2 阳极液初始pH的影响42-47
• 4.2.1 实验内容43
• 4.2.2 运行周期43-44
• 4.2.3 电性能44-45
• 4.2.4 除污性能45-46
• 4.2.5 本节小结46-47
• 4.3 阳极室搅拌速率的影响47-51
• 4.3.1 实验内容47
• 4.3.2 运行周期47-48
• 4.3.3 电性能48-49
• 4.3.4 除污性能49
• 4.3.5 本节小结49-51
• 第五章 最适运行条件及试运行51-56
• 5.1 实验设计51-52
• 5.2 实验结果与分析52-54
• 5.3 最适运行条件下的试运行54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 结论与展望56-58
• 6.1 论文的主要结论56
• 6.2 论文的创新点56
• 6.3 不足与展望56-58
• 参考文献58-62
• 在学期间的研究成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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6 刘志华;李小明;方丽;郑\，

本文编号：1040968