两种双室微生物燃料电池工艺处理两种废水的对比研究

发布时间：2017-12-12 16:40

  本文关键词：两种双室微生物燃料电池工艺处理两种废水的对比研究

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【摘要】：微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,简称MFC)能够以产电微生物为催化剂,直接将化学能转化为电能,即将有机化合物氧化分解的同时产生电流的装置,是微生物与电池技术相结合与发展的产物。MFC具有淡化海水、处理污水和产能发电等多重功能,且其高效性、环保性、温和性等特质对未来的现实应用研究具有深远的意义。在MFC处理废水的众多研究中,MFC处理过多种废水,包括染料废水、啤酒废水、糖蜜废水、生活污水、电镀废水等。其中,糖蜜废水具有浓度高且有机物含量高的特点,可以用于MFC阳极底物,作为阳极电子供体帮助产电微生物产电；电镀废水因其含有重金属离子,使其具有强氧化性和高氧化还原电位的特点,可以用于MFC阴极液,作为阴极电子受体帮助完成氧化还原反应,还原金属单质。因此本研究就分别利用于糖蜜废水和电镀废水作为MFC阳极和阴极,考察电池性能、污水处理效果,以及现实应用性,这对MFC的实际应用和科学进步具有重要的价值和意义。本研究采用两室MFC装置作为研究对象,为了在原有传统工艺的基础上,进一步研究MFC的现实应用意义,同时提高电池产电性能,实验分别利用间歇式传统双室MFC工艺和连续流双室MFC耦合工艺两种系统进行研究和比对,利用厌氧微生物作为阳极生物催化剂,实验阳极液利用模拟糖蜜废水,实验阴极液利用模拟电镀废水。首先实验利用间歇式传统双室MFC工艺间歇处理两种废水(糖蜜废水和电镀废水),同时考察其产电特性、废水处理效果、金属离子回收,以及两种废水在传统双室MFC中应用的可行性等。为了进一步放大实验,提高电池性能、效率和应用性,实验开始利用连续流双室MFC耦合工艺考察电池性能。最后对比分析两种系统性能,分析系统的优势和存在的问题。结果结论：间歇式传统双室MFC工艺处理两种废水时的产电特性以及各方面性能良好,两种废水在双室MFC中应用的可行性很高。系统最高产电时间可持续306小时,最高电压可达到339.6mV,最大功率密度为23.92 mW·m-2,最大COD去除率达到72%。连续流双室MFC耦合工艺最高电压及功率密度分别可达到340 mV和58.65mW · m-2, COD去除率可达到81%。连续流双室MFC耦合工艺的产电性能、废水处理情况均优于间歇式传统双室MFC工艺,而间歇式传统双室MFC工艺在启动期性能、功率密度和重金属离子回收情况要优于连续流双室MFC耦合工艺,且连续流双室MFC耦合工艺耗材量多,费用较高,难以用于实际应用。研究表明,利用传统双室MFC和放大化的连续流耦合MFC处理有机废水和电镀废水,以有机废水利用模拟有机糖蜜废水作为电子供体,以重金属离子作为微生物燃料电池阴极的电子受体的电池的建立具有可行性。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.45;X703

【参考文献】

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本文编号：1283211