基于生物电化学系统强化五价钒去除的机理研究

发布时间：2020-01-23 01:03

【摘要】：钒的毒性随着价态的升高而增强,其中五价钒毒性最强。传统的除钒方法存在成本高、去除效果差等问题,因此迫切需要开发出高效率低能耗的新型处理方法。生物电化学系统是生物法与电化学法相结合的新兴技术,是当下研究的热点。本研究基于生物电化学系统强化五价钒的去除,以模拟含钒(V(V))废水作为电子受体,分别采用微生物燃料电池技术和生物电化学反应器成功的实现了五价钒的有效去除及产电,并研究了产电机理以及去除五价钒的影响因素与机理,获得了以下结果:在双室微生物燃料电池阴极实现了五价钒的去除及产电。在双室微生物燃料电池中,阴极添加初始五价钒浓度为100 mg/L的模拟含钒废水,输出电压稳定在500~700 m V,最大输出功率密度为341.7 m W/m2,运行72 h后,五价钒的去除率在90%以上,同时发现阳极微生物产生的电子的量是产电及还原五价钒的限制性因素。在阳极室和阴极室同时添加五价钒,实现了微生物燃料电池阴阳极协同去除五价钒及产电,显著提高了五价钒的去除效率。在阳阴极初始五价钒浓度分别为75 mg/L和150 mg/L的条件下,输出电压稳定在420~460 m V,最大输出功率为418.6±11.3 m W/m2,多种组合条件下均可以有效去除水中的五价钒。同时通过分子生物学分析研究了阳极的微生物,发现新产生的δ-变形菌和拟杆菌以及增加的螺旋菌对五价钒的去除起主要作用;并通过EDX和XPS技术验证了最终的还原产物为四价钒。采用微生物燃料电池产生的生物电,强化了微生物还原五价钒过程。考察了不同影响因素(外加电压、五价钒浓度、COD浓度、电导率)对反应器性能的影响。并通过16S r RNA高通量基因测序发现肠杆菌和乳球菌利用发酵微生物macellibacteroides的发酵产物来还原五价钒,在这个过程中电化学活性菌(如肠杆菌属)则起到促进电子转移的作用。本研究首次实现了电化学和生物还原五价钒的结合,同时也扩展了生物电化学系统的应用范围,也为该技术的实际应用提供了可靠的理论分析和实验支持。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【参考文献】