双室微生物燃料电池脱氮与产电特性研究

发布时间：2018-04-12 17:09

  本文选题：微生物燃料电池(MFC) + 生物阴极　； 参考：《长安大学》2017年硕士论文

【摘要】：微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂,将燃料中的化学能直接转化为电能的生物反应器。本文利用双室微生物燃料电池,研究亚硝态氮、硝态氮和氨氮分别作为阴极底物时MFC的脱氮产电性能。研究不同运行参数(底物浓度、温度、外电阻和DO等)对MFC脱氮产电性能的影响,通过对亚硝态氮为电子受体时MFC阴极微生物样品进行测定,探讨MFC生物脱氮产电的机理。主要结果如下:(1)研究当亚硝酸盐废水作为阴极底物时,运行参数对MFC的性能的影响。(1)在一定底物浓度范围内,提高亚硝酸盐浓度能够增强MFC的脱氮产电能力;当底物浓度过高时,MFC的脱氮产电能力会减弱。在阴极亚硝态氮进水浓度为100mg/L时,MFC的总氮去除负荷达到最大值0.126kg/(m3·d),同时,功率密度也达到最大值为2.22 W/m3。(2)较低的外电阻有助于提高MFC的脱氮效率;外电阻接近于内阻时,MFC的输出功率达到最大,利于产电。(3)在一定温度范围内,升高温度有助于增强MFC的脱氮产电性能。温度为32℃时,总氮去除负荷达到最大值0.126 kg/(m3·d),功率密度为2.22 A/m3。但温度过高(40℃)会抑制微生物的活性,造成MFC的脱氮产电效率下降。(4)由于阴极室中存在NO2--N还原为NH4+-N的反应,造成阴极的库伦效率较高。(5)试验中阴极室在无氧条件下有大量NO2--N被氧化成NO3--N,其中的氧原子可能来自水(H2O)。(6)NaN3能有效抑制亚硝酸盐的氧化,加入NaN3后TN去除负荷增大为0.136 kg/(m3·d),而功率密度有所较低为1.00 A/m3。NaN3的加入也抑制了N2O还原酶活性,导致了N2O的积累,未将N2O还原为N2,因此,使得电流密度和功率密度下降。(2)研究当亚硝酸盐废水作为阴极底物时,分析阴极室内微生物的功能特征。(1)以亚硝酸盐为底物的MFC占优势的菌种主要为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacterium)。其中变形菌门菌群所占比重最大(50.39%),其次为拟杆菌门(11.94%)。(2)Thauera,Ignavibacterium和Bacillus均具有反硝化功能,在MFC亚硝酸盐进行反硝化过程中发挥作用。(3)研究分别以NO3-、NO2-、NO3-与NO2-的混合物作为MFC阴极底物时的脱氮与产电情况。三种不同电子受体产生的电流密度与功率密度略有不同;而TN的去除负荷却相差较大。当NO3-作为电子受体时,功率密度出现最大值为6.46 W/m3,当NO2-作为电子受体时,TN的去除负荷出现最大值0.126 kg/(m3·d)。COD加入阴极室能减小NO2-的积累,TN的去除负荷升高至0.157 kg/(m3·d),但是产电性能严重降低了,功率密度下降至0.43 W/m3。这是由于COD的加入,使阴极大量TN由非电极反硝化去除。研究氨氮废水作为MFC阴极底物时,成功启动同步硝化反硝化和不同DO浓度下MFC的脱氮与产电情况,。MFC同步硝化反硝化的最佳DO浓度比较高,为1.87mg/L。TN的去除负荷达到最大为0.074 kg/(m3·d),输出功率密度为4.44 W/m3。DO浓度过高或过低时,MFC脱氮TN的去除负荷较低。
[Abstract]:Microbial fuel cell as a catalyst by microorganisms, in the fuel chemical energy directly into electrical energy. The bioreactor using double chamber microbial fuel cell research, nitrite nitrogen, nitrate nitrogen and ammonia nitrogen were used as the cathode substrate and the electricity production of MFC on different operation parameters (. The substrate concentration, temperature, resistance and DO) effects of nitrogen production on electrical performance of MFC, the nitrite as electron acceptor MFC cathode microbial samples were measured to investigate the mechanism of MFC biological nitrogen removal and electricity production. The main results are as follows: (1) study when nitrite wastewater as the cathode substrate. Influence of operating parameters on the performance of MFC. (1) in a certain range of substrate concentration, increase the concentration of nitrite nitrogen can enhance the ability of electricity production and MFC; when the substrate concentration is too high, MFC nitrogen generating capacity will be reduced. In the cathode nitrite-N 杩涙按娴撳害涓，

本文编号：1740655