导电膜及藻类生物电化学水处理系统研究

发布时间：2018-01-26 09:32

本文关键词： 导电膜膜生物反应器光合微生物燃料电池二氧化锰小球藻　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：新世纪的污水处理技术应不仅仅局限于处理水质的达标排放,更应寻求有效的方法回收污水中蕴含的能源。除了微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)技术利用微生物降解有机物产电外,污水中碳源、氮源等也是大多数藻类的营养物质,因此寻求一种处理工艺来实现出水水质达标及回收可利用能源的目的是至关重要的。微生物燃料电池和光合微生物燃料电池(PMFC)已成为一种非常具有前景的能源回收技术。但MFC在单独应用于污水处理时,其出水很难达到排放标准；PMFC微藻回收及应用于污水处理仍然存在较大问题。膜生物反应器(Membrane Bioreactor MBR)水处理工艺具有操作便捷、节约土地使用、高效节能等优点,在污水处理行业及饮用水处理中应用很广泛,但是膜污染的问题仍是MBR技术的最大障碍。针对以上水处理技术存在的问题及各自的优势,本论文设计并研究了改性不锈钢网导电膜耦合PMFC水处理产电反应器,构建MBR-PMFC系统,用于污水处理、同时产电及产微藻,实现废水处理及回收能源的目的。研究分两部分,其一是导电膜的改性研究,试验中采用不锈钢网作为改性基体,改性不锈钢网在该系统中起到PMFC中阴极电极及MBR中过滤膜的双重作用。通过原位生长二氧化锰及聚合聚吡咯、聚苯胺等方式实现改性的目的,除此之外,通过在不锈钢网构成的平板膜中间添加活性炭的方法,也达到了很好的产电和水处理效果；其二是PMFC运行相关的微藻的絮凝及固定化研究,通过该方法,可以使微藻富集生长,易回收且避免膜过滤不完全的弊端。通过添加海藻酸钠及钙离子使小球藻形成凝胶体并固化,通过控制添加量实现絮凝及固定化。通过不锈钢网表面改性,过滤精度提高。实验测得改性前的膜通量75.6 m3/(h·m2),MnO2改性后的膜通量为21.6 m3/(h·m2),MnO2@PPy改性后的膜通量为1.96 m3/(h·m2),其膜通量约减少到原来的三十九分之一；MnO2@PANI改性后的膜通量为119.4L/(h·m2),膜通量减少了600多倍,过滤效果提高了8.7倍。在该系统中不锈钢网的最大功率密度仅为0.08 W/m3,采用活性炭与不锈钢网组合膜组件,最大功率密度也达到1.8 W/m3；MnO2@PPy改性不锈钢网所达到的最大功率密度为1.9W/m3,提高了22倍；MnO2@PN-Al改性后的不锈钢网最大功率密度提高了15倍,达到1.2 W/m3,改性后的不锈钢网作为阴极电极,其内阻相近为200-250 Ω。通过增加了微藻处理环节,出水COD去除率为93.3%,氨氮的去除率由67%提高到了94.9%。固定化的小球藻,其生长量由最初的2×109个经过十天增长到1.22×1010个,增长了6.1倍。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【参考文献】