生物电化学系统处理铜冶炼废水及其产电性能

发布时间：2020-06-02 14:22

【摘要】：铜冶炼废水含有较高浓度的重金属,如果不对废水进行处理直接排放,不仅造成资源浪费,而且会严重污染环境。传统的废水处理方法有化学法、物理化学法、电化学法等,存在着能耗大、难以直接回收金属、容易造成二次污染等问题。生物电化学系统是一类利用阳极微生物胞外电子传递能力回收生物质能源的装置,主要包括微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)和微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC),利用MFC产生的电能驱动MEC,组成MFC-MEC耦合系统。实验构建MFC装置,考察装置参数(容积、外接电阻、搅拌、导线材料)、污泥(种类、浓度)、阳极底物(种类、配比)和电极(阳极材料、间距、表面积)对MFC产电性能的影响。结果表明:减小装置容积、加入搅拌装置、降低负载、增大阳极面积能提高MFC产电性能,当阳极底物为葡萄糖溶液、污泥与底物体积比为1:2、搅拌速度为500 r/min、电极材料为碳刷、两极间距为4 cm时,可以得到最大开路电压为0.626 V,最大功率密度为211.6 mW/m~2。MFC在产生电能的同时还能处理废水,能同时在阳极室、阴极室处理两种废水,实验分别考察了装置参数、电极和阴极液对MFC废水处理效果的影响:1)当装置容积为100 mL、搅拌速率在500 r/min、负载为10Ω时,COD去除率可达49.8%,Cu~(2+)去除率可达88.2%;2)当两极间距为4 cm、电极材料为碳纸、两极面积比为1:2时,COD去除率为39.0%,Cu~(2+)去除率为89.9%;3)铜离子初始浓度越低,铜离子去除率越高。利用MFC处理模拟含铜重金属废水,COD去除率为41.6%,Cu~(2+)去除率为88.5%,反应结束后阴极有红色沉积物,经XRD检测确认为单质铜,还原产物表面形状主要为树枝状和片状。构建MFC-MEC耦合装置,通过改变装置容积、电极材料、重金属初始浓度等参数考察耦合系统废水处理效果:1)采用串联连接方式比采用并联连接方式的废水处理效果好,Cu~(2+)去除率最高,Zn~(2+)去除率最低;2)减小装置容积有利于提高低浓度重金属离子的去除率,当用碳刷作为电极材料时废水处理效果最好;3)利用MFC-MEC耦合系统处理铜冶炼废水,MEC中Cu~(2+)去除率为89.6%、Zn~(2+)去除率99.2%、Cd~(2+)去除率为89.7%、Co~(2+)去除率为98.3%,金属离子在MEC阴极均能得到有效地去除。利用生物电化学系统能有效去除铜冶炼废水中的重金属,给铜冶炼废水处理带来新的研究方向。
【学位授予单位】：江苏理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X758

【参考文献】