沉积物微生物燃料电池在水体除硝氮中的应用研究

发布时间：2017-08-23 00:35

  本文关键词：沉积物微生物燃料电池在水体除硝氮中的应用研究

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【摘要】：氮是水体富营养化的关键限制因子。水体硝酸盐氮的治理对水体环境质量的总体改善及水体生态系统功能的恢复具有重要意义。沉积物微生物燃料电池(SMFC)利用微生物做催化剂,在氧化底泥有机物获得电能的同时对水体进行处理。本论文利用SMFC系统去除水体中的硝酸盐氮,同时对系统的阳极及阴极进行了研究。本研究以湖泊底泥为阳极底物,含氮配水为阴极液搭建了沉积物微生物燃料电池系统(SMFC)。所搭建的SMFC电池系统,具有良好的产电、除氮性能,启动运行约285h后达到峰值电压0.25V并趋于稳定。SMFC系统阴极上覆水硝氮浓度由初始的2.5mg/L经过320h后降低到0.745mg/L,降幅约70%。实验表明,在沉积物微生物燃料电池系统中,硝氮的去除率主要受水体中硝氮初始浓度、电极面积、反应器所处环境温度等因素影响。本研究用绿锈对阳极进行了修饰。研究发现用绿锈修饰提高了SMFC的产电能力,同时提高了SMFC阴极室对水体中硝酸盐氮的去除率。与使用未经绿锈修饰电极的SMFC相比,硝氮去除率提高了近15%。本研究对阴极碳毡上的菌群进行了分离纯化。经16SrDNA分析鉴定后,分离纯化的主要菌株为伯克氏菌、无色杆菌和链霉菌。经实验证明,生物阴极的反硝化机制是由多种菌群混合作用,但作用机制还有待研究。综上,本研究中的SMFC系统为水体硝氮污染物的去除提供了一个新的研究思路。作为一种清洁能源技术,SMFC可以利用阳极污染物产生电子然后在阴极利用此电子去除NO3-,我们有理由相信它在环境微生物应用、治理黑臭水体、消除水污染等环保领域拥有广阔的前景及实际意义。
【关键词】：沉积物微生物燃料电池 除氮 绿锈 生物阴极 反硝化细菌
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;TM911.45
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 水体硝酸盐氮污染概述11-12
• 1.2 微生物燃料电池概述12
• 1.3 SMFC在污水处理中的应用12-13
• 1.4 SMFC研究中存在的问题13-14
• 1.5 研究目的、意义及内容14-17
• 1.5.1 研究目的和意义14
• 1.5.2 研究内容和创新性14-15
• 1.5.3 技术路线15-17
• 第2章 SMFC系统的搭建及产电性能研究17-27
• 2.1 SMFC原理17-18
• 2.2 实验器材18-19
• 2.2.1 实验材料18
• 2.2.2 实验仪器18-19
• 2.3 SMFC搭建运行19-22
• 2.3.1 SMFC搭建19-21
• 2.3.2 SMFC启动表征21
• 2.3.3 硝氮测定方法21-22
• 2.3.4 上覆水硝氮浓度变化22
• 2.4 实验结果22-25
• 2.4.1 SMFC产电能力22-23
• 2.4.2 底泥烧失量LOI变化23
• 2.4.3 上覆水pH变化23-24
• 2.4.4 SMFC去除硝酸盐氮的效果24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 SMFC阳极研究27-37
• 3.1 阳极修饰概述27
• 3.2 绿锈概述27-29
• 3.2.1 绿锈结构及分类28
• 3.2.2 绿锈制备方法28-29
• 3.2.3 绿锈表征29
• 3.3 实验29-31
• 3.3.1 绿锈制备29-30
• 3.3.2 绿锈修饰碳毡电极30
• 3.3.3 极化曲线和功率密度曲线测定30-31
• 3.4 实验结果31-36
• 3.4.1 修饰电极表征31-32
• 3.4.2 绿锈修饰阳极后SMFC产电能力32-33
• 3.4.3 SMFC极化曲线33-34
• 3.4.4 SMFC系统硝氮浓度变化34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 SMFC系统降解硝氮影响因素的研究37-45
• 4.1 水体硝酸盐氮概述37-38
• 4.1.1 水体硝酸盐氮来源37
• 4.1.2 水体硝酸盐氮去除技术37-38
• 4.2 水体中硝氮去除的影响因素38-44
• 4.2.1 水体硝氮浓度39-41
• 4.2.2 温度41-42
• 4.2.3 电池电极面积42-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第5章 生物阴极菌种的筛选鉴定45-57
• 5.1 生物阴极概述45-47
• 5.2 生物阴极菌种筛选47-50
• 5.2.1 实验仪器、材料47-48
• 5.2.2 菌株培养、筛选48-49
• 5.2.3 菌株保藏49
• 5.2.4 实验结果49-50
• 5.3 生物阴极菌种鉴定50-55
• 5.3.1 菌株DNA提取50-51
• 5.3.2 测序结果及菌株鉴定51-54
• 5.3.3 反硝化性能验证54-55
• 5.4 本章小结55-57
• 第6章 结论与展望57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 前景与展望58-59
• 参考文献59-67
• 致谢67-69
• 硕士期间科研成果69

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本文编号：721999