单室空气阴极微生物燃料电池的产电优化与应用

发布时间：2017-12-23 11:37

  本文关键词：单室空气阴极微生物燃料电池的产电优化与应用　出处：《北京化工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：在能源短缺、环境恶化的今天,微生物燃料电池技术(microbial fuel cell, MFC)能够在处理废水的同时产生电能,受到了广泛的关注。然而,现阶段产生的电能较小,想要真正利用这些电能就需要设计收集电路和电能输送装置。随着社会的发展,药物与个人护理用品(Pharmaceuticals and Personal Care Products, PPCPs)被大量使用,这类污染物在水环境中浓度很低,而目前常用的水处理工艺并不是针对PPCPs设计的,致使某些PPCPs很难被有效的去除。本课题提出一种生物电化学系统,它利用MFC产生的电能与活性污泥系统耦合处理一种典型的PPCPs——土霉素。把MFC处理废水得到的电能进一步应用到水处理当中,这样实时的利用电能,既省去了繁琐的电路收集装置又能够进一步提高出水水质。经过实验并得到具体结论如下：1.MFC串联后,电压会有所降低。当串联3个MFC时,能够产生1V左右的电压,并把这些电能通过石墨电极板加入活性污泥系统,组成生物电化学系统,并以SBR方式运行。运行稳定后,对低浓度土霉素的去除效果优于传统活性污泥系统。2.当进水土霉素浓度在0.5-3mg/L之间变化、进水COD在400-1200mg/L之间变化、水力停留时间在4-11.2小时之间变化时,生物电化学系统的土霉素去除率都会高于传统活性污泥系统,其他出水指标略高于或与传统活性污泥系统处在同一水平,且生物电化学系统运行稳定,不易发生污泥膨胀。3.利用电子显微镜观察系统中的微生物,可知生物电化学系统中的微生物与传统活性污泥中的微生物种类和形貌都有所差别。运用第二代测序技术测定系统中的活性污泥群落结构,表明生物电化学系统中电极板上微生物种类多于系统中活性污泥及传统活性污泥系统的活性污泥。表明电极板是生物电化学系统中的核心部分,而且生物电化学系统中的微生物种类也与传统活性污泥系统中的微生物有很大差异。经过筛选、纯化培养,得到了一株对低浓度土霉素有降解效率的菌株,经过16sRNA测序鉴定属于寡养单胞菌菌属(Stenotrophomonas sp)。6h对2mg/L土霉素的最大去除率为41%4.通过周期内降解实验,表明单纯的电解系统和传统活性污泥系统对低浓度的土霉素都有一定的降解效果,但生物电化学系统的去除率高于上述两系统。通过液相色谱-质谱分析土霉素的降解过程,可知生物电化学系统对低浓度土霉素的去除中,既存在电解过程又存在生物降解过程,而且不是简单的效果叠加,这两种效果相互作用、相互影响,进而相互适应组成了稳定,高效的生物电化学系统。5.通过MFC-生物电化学系统连续流实验,表明比起厌氧活性污泥技术,MFC技术对低浓度土霉素废水有更好的处理效果,生物电化学系统的效果虽然优于传统活性污泥工艺中的好氧段,但并没有达到单因素时的处理效果。表明磷元素对系统有一定的影响。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;TM911.45

【共引文献】

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本文编号：1323697