废水中几种典型污染组分的微生物电化学处理过程及性能研究

发布时间：2020-07-18 03:39

【摘要】：中国经济的快速发展伴随着环境的逐渐恶化,一些污染物的排放导致广泛的有机污染、有毒污染及严重的生态破坏。水污染对人类健康的影响已成为人们密切关注的问题。在水环境中新出现一类微量难降解的污染物,这类物质由大量人为或天然的物质组成,包括药物、个人护理产品和工业化学品。他们通常以低浓度存在于水体中,因为没有采取或只采取很少的预防措施和监测措施来确保这些化合物在水环境允许存在的最大浓度,水环境污染越来越严重,且这类化合物中每种物质都具有独特的形式和作用机制,在饮用水和废水处理厂中的检测和分析十分复杂化,去除更加困难。近几年来微生物燃料电池(MFCs)技术发展十分迅速,它是一种利用电活性微生物为阳极催化剂,将废水中复杂的有机物或者污染物的化学能转化为电能的技术,由于同时实现了废水处理与发电的优势使得其在处理废水方面的应用具有良好的发展前景,是目前研究的热点之一。根据MFCs可以同时实现处理废水和产电的两种操作优势,本文以硝基苯(NB)、卡马西平(CBZ)、对氟硝基苯(p-FNB)为模拟污水底物,从电池输出电压和废水处理效果两个方面入手,研究了 MFCs处理废水产电的可能性以及对硝基苯、卡马西平、对氟硝基苯这三种污染组分的去除效果。本研究构建单室活性炭空气阴极MFCs,有机底物为乙酸钠,在中性介质条件下加入不同浓度的硝基苯、卡马西平、对氟硝基苯的培养液,通过记录MFCs放电过程中输出电压和电极电位的变化并通过测试极化曲线,来研究硝基苯、卡马西平、对氟硝基苯对MFCs碳毡阳极生物膜和MFCs性能的影响。(1)组装有富集产电微生物的碳毡阳极与活性炭空气阴极的单室MFCs可以产生较高的电压的同时可以去除较高浓度的硝基苯。当NB的浓度为1.0 mmoI·L-1时,单室MFCs的最大输出电压保持在0.38 V左右,功率密度为16±1.5 W·m-3,更换不含NB的培养基后,电池的最大输出电压又逐渐恢复至0.4 V左右,说明硝基苯对阳极电活性微生物的抑制是可逆的。组装双室微生物燃料电池及电解池探讨研究MFCs降解NB的机理,结果证明MFCs通过阴极活性炭吸附NB、单室MFCs中阳极微生物对NB的厌氧降解及NB的阴极电催化还原途径去除硝基苯。(2)单室MFCs在去除10.0 mg/LCBZ的同时可以产生较高的电压。当CBZ的浓度为10.0 mg/L时,单室MFCs的最大输出电压保持在在0.45 V左右,功率密度为15±1.5 W·m-3,当CBZ的浓度为1.0 mg/L时单室MFC的功率密度为45±1.5 W·m-3。并组装由碳毡阳极和空气活性炭阴极构成的电解池,改变电流强度探究MFCs对CBZ的降解情况与途径,得出MFCs通过阴极活性炭的吸附及单室MFCs中阳极电催化氧化途径去除卡马西平且对10.0 mg/L CBZ去除率超过80%。此外,根据实际废水中CBZ的浓度比较低,验证了单室MFCs在去除1.0 mg/L CBZ的同时电池性能基本不受影响,为MFCs技术处理实际污水中CBZ提供可靠依据。(3)单室MFCs可以在输出较高电压的同时去除0.5 mM p-FNB。电池产生的最大功率密度为40 W·m-3,单室MFCs在保持输出电压为0.45 V的基础上对p-FNB去除率超过85%,此外,p-FNB的还原产物(p-FA、AN)也能够被去除。初步了解废水中几种典型污染组分硝基苯、卡马西平、对氟硝基苯的微生物电化学处理过程,为处理含污染物废水提供理论依据,进一步拓展MFCs在废水处理中的应用。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TM911.4
【图文】：

物群落通过代谢作用氧化底物中有机基质，产生电子和质子，并将产生的电子以某种方式逡逑转移到阳极，然后通过外部电路到达阴极，产生电流［１Ｍ３］。质子交换膜有助于将产生的质逡逑子扩散到阴极，与电子和氧结合形成水［１（）］，ＭＦＣｓ工作原理如图１－１所示。逡逑阴极＼邋＠邋—邋ｊ＞ｍ邋＾邋＾逡逑。偏＿逡逑１１１＾有机物逡逑图１－１邋ＭＦＣｓ工作原理图逡逑ＭＦＣｓ的阴极、阳极发生以下反应：逡逑

最后用去离子水洗碳毡，直至中性。同时将３１６螺栓螺母及垫片放入烧杯中，将其用蒸馏逡逑水超声清洗。处理过的碳毡三个一组用螺栓螺母固定组装，在组装过程中注意两者间的契逡逑合紧密度，避免影响碳毡电极的导电性能，其实物图如图２－１所示。逡逑｜煖Ｉ逡逑％邋％％逦亁逡逑。}保梗垮斡蓿В咤义贤迹玻�１阳极实物图逡逑阴极的制备：逡逑本实验使用的阴极材料为购买的商品化活性炭（ＣＬ－１０６），活性炭空气阴极由集流体，逡逑催化层和防水透气层三部分组成。集流体：将不锈钢网（钢丝直径为０．３邋ｍｍ）裁剪成直径为逡逑６．５邋ｃｍ的圆形网状，并留两根钢丝做导线，用乙醇超声清洗再用蒸馏水清洗干净，烘干即逡逑可。催化层；将质量比为７：３的干燥过的活性炭和聚四氟乙烯乳液（规格为６０％）混合均匀，逡逑搅拌成团，擀压成０．８邋ｍｍ厚度的薄片，在空气中放置自然晾干，然后放入８�

本文编号：2760353