电解-微生物燃料电池耦合系统处理染料废水性能
发布时间：2022-02-11 07:20
构建电解-微生物燃料电池耦合系统处理偶氮染料废水,考察了该系统的运行性能。运行结果表明:电解池的最优运行电压为2.0 V,在此条件下,其对废水中重氮基团的破解和色度的去除效果最佳。该耦合系统对废水色度和COD的去除率分别可达到91.0%和86%,且能够输出电压（0.66±0.03） mV,产电性能良好。
【文章来源】：工业水处理. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
电解-MFC装置示意
由图2可知，当电解电压由0.5 V升高至2.0 V时，苯胺黄去除率由（27.7±1.1）%逐渐升高至（83.4±2.7）%，色度去除率由（32.1±0.9）%升高至（86.4±3.5）%。这表明随着电解电压的升高，废水中的大部分—N=N—基团被破坏。当电解电压继续升高至2.5 V和3.0 V时，苯胺黄去除率出现下降，分别下降至（80.5±2.8）%和（78.8±3.2）%，色度去除率分别下降至（78.6±1.9）%和（72.1±2.2）%。根据以前的同类研究，可以推断去除效果下降是因为在高电解电压下石墨阳极会发生溶解[8]。从图2还可以看出，当电解电压<1.0 V时，随着电解电压的升高，电流效率增大；当电解电压>1.0 V时，随着电解电压的升高，电流效率迅速下降，这种现象与Haiming Zou等[9]的研究结果类似。在不同的电解电压下，测定的电解池电流分别为0.78(0.5 V）、1.43(1.0 V）、3.37(1.5 V）、5.22(2.0 V）、9.87(2.5 V）、15.36 (3.0 V) m A，表明随电解电压的升高，系统能量损耗增加。尽管1.0 V电压下的电解池电流效率最高，但考虑到苯胺黄和色度去除率，确定电解池的最佳运行电压为2.0 V。
MFC装置整个启动过程可分为3个阶段，各阶段输出电压的变化如图3所示。第1阶段运行65 d，采用人工合成废水为底物，以加快微生物的驯化。实验结果表明，该阶段当运行达到稳定状态后，输出电压稳定在（0.45±0.04) m V左右。第2阶段运行35 d，采用人工合成废水和电解池出水的混合废水（体积比1∶1）为底物，以选择性驯化产电微生物。结果表明，更换底物后，系统输出电压迅速下降至0.31 m V，表明突然改变的代谢环境和负荷冲击会限制部分产电微生物的增值代谢；随着运行的推进，产电微生物逐渐适应新的代谢环境，输出电压逐渐升高并稳定在（0.53±0.05) m V左右。第3阶段运行35 d，采用偶氮染料废水为底物，进一步驯化产电微生物的代谢活性。同样的，该阶段输出电压呈现出先下降后升高的趋势，最终输出电压稳定在（0.66±0.03) m V，表明产电微生物已适应偶氮染料废水的特性，MFC装置呈现出良好的产电性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫掺杂石墨烯电催化降解偶氮染料RBK[J]. 王冰鑫,于永波,黄湾,洪俊明,张倩. 化工进展. 2019(12)
[2]臭氧处理分散染料生产废水的效率与机理研究[J]. 孙志强,袁东,韩广业,荆明阳,高灿柱,刘汝涛,牛启桂. 工业水处理. 2020(01)
[3]高级还原技术处理偶氮染料废水的研究[J]. 程爱华,张佳宝. 现代化工. 2019(04)
[4]微生物燃料电池处理含油废水研究进展[J]. 王刚,詹亚力,王赫名. 水处理技术. 2017(07)
[5]生活污水有机负荷率对连续流单室无膜微生物电解池性能的影响[J]. 刘建,高平,张艳艳,吴亭亭,李大平. 应用与环境生物学报. 2017(03)
[6]零价铝还原处理偶氮染料活性蓝222废水[J]. 袁超,李磊,孙应龙,王邦达,徐辉,王毅. 环境科学研究. 2016(07)
[7]煤渣-Fenton联用工艺处理偶氮染料废水的研究[J]. 高丽娟,商志娟,王进岗,姜程程,申婷婷,王西奎. 广州化工. 2016(11)
本文编号：3619855
【文章来源】：工业水处理. 2020,40(10)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
电解-MFC装置示意
由图2可知，当电解电压由0.5 V升高至2.0 V时，苯胺黄去除率由（27.7±1.1）%逐渐升高至（83.4±2.7）%，色度去除率由（32.1±0.9）%升高至（86.4±3.5）%。这表明随着电解电压的升高，废水中的大部分—N=N—基团被破坏。当电解电压继续升高至2.5 V和3.0 V时，苯胺黄去除率出现下降，分别下降至（80.5±2.8）%和（78.8±3.2）%，色度去除率分别下降至（78.6±1.9）%和（72.1±2.2）%。根据以前的同类研究，可以推断去除效果下降是因为在高电解电压下石墨阳极会发生溶解[8]。从图2还可以看出，当电解电压<1.0 V时，随着电解电压的升高，电流效率增大；当电解电压>1.0 V时，随着电解电压的升高，电流效率迅速下降，这种现象与Haiming Zou等[9]的研究结果类似。在不同的电解电压下，测定的电解池电流分别为0.78(0.5 V）、1.43(1.0 V）、3.37(1.5 V）、5.22(2.0 V）、9.87(2.5 V）、15.36 (3.0 V) m A，表明随电解电压的升高，系统能量损耗增加。尽管1.0 V电压下的电解池电流效率最高，但考虑到苯胺黄和色度去除率，确定电解池的最佳运行电压为2.0 V。
MFC装置整个启动过程可分为3个阶段，各阶段输出电压的变化如图3所示。第1阶段运行65 d，采用人工合成废水为底物，以加快微生物的驯化。实验结果表明，该阶段当运行达到稳定状态后，输出电压稳定在（0.45±0.04) m V左右。第2阶段运行35 d，采用人工合成废水和电解池出水的混合废水（体积比1∶1）为底物，以选择性驯化产电微生物。结果表明，更换底物后，系统输出电压迅速下降至0.31 m V，表明突然改变的代谢环境和负荷冲击会限制部分产电微生物的增值代谢；随着运行的推进，产电微生物逐渐适应新的代谢环境，输出电压逐渐升高并稳定在（0.53±0.05) m V左右。第3阶段运行35 d，采用偶氮染料废水为底物，进一步驯化产电微生物的代谢活性。同样的，该阶段输出电压呈现出先下降后升高的趋势，最终输出电压稳定在（0.66±0.03) m V，表明产电微生物已适应偶氮染料废水的特性，MFC装置呈现出良好的产电性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫掺杂石墨烯电催化降解偶氮染料RBK[J]. 王冰鑫,于永波,黄湾,洪俊明,张倩. 化工进展. 2019(12)
[2]臭氧处理分散染料生产废水的效率与机理研究[J]. 孙志强,袁东,韩广业,荆明阳,高灿柱,刘汝涛,牛启桂. 工业水处理. 2020(01)
[3]高级还原技术处理偶氮染料废水的研究[J]. 程爱华,张佳宝. 现代化工. 2019(04)
[4]微生物燃料电池处理含油废水研究进展[J]. 王刚,詹亚力,王赫名. 水处理技术. 2017(07)
[5]生活污水有机负荷率对连续流单室无膜微生物电解池性能的影响[J]. 刘建,高平,张艳艳,吴亭亭,李大平. 应用与环境生物学报. 2017(03)
[6]零价铝还原处理偶氮染料活性蓝222废水[J]. 袁超,李磊,孙应龙,王邦达,徐辉,王毅. 环境科学研究. 2016(07)
[7]煤渣-Fenton联用工艺处理偶氮染料废水的研究[J]. 高丽娟,商志娟,王进岗,姜程程,申婷婷,王西奎. 广州化工. 2016(11)
本文编号：3619855
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