湿地型微生物燃料电池的数值模拟和实验研究

发布时间：2023-04-19 20:34

　　本文通过构建湿地型微生物燃料电池(Constructed wetland microbial fuel cell,简称:CW-MFC)来研究其净水和产电效能。通过数值模拟得到系统最佳运行参数,指导实验,通过实验研究底物种类、三价铁离子对系统性能的影响,并将CW-MFC与CW做净水性能比较。通过以下研究获得了有价值的结论。构建CW-MFC模型,利用COMSOL Multiphysics软件对系统的瞬态和稳态两种情况进行数值模拟,结果表明:水力停留时间两天,底物浓度为3.9mol/m³时,底物去除率最高和能量转化效率最高,更符合CW-MFC系统预期。搭建试验台,选取甲醇(C1)、醋酸盐(C2)、葡萄糖(C6)和淀粉(C11)作为底物进行实验,研究底物对CW-MFC性能的影响,结果表明:以醋酸盐为底物CW-MFC表现出最佳的电性能,最大输出电压为148mv,内阻为190?,COD和氨氮去除率分别达到为79.3%和84.2%。通过分析CW-MFC不同位置出口有机物浓度,分析有机底物产能及转化机理,结果表明:CW-MFC系统中有机物浓度从系统的底部到顶部减少,离表面越近,水...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 湿地型微生物燃料电池的简介
        1.2.1 人工湿地和微生物燃料电池的简介
        1.2.2 湿地型微生物燃料电池的概念和原理
        1.2.3 湿地型微生物燃料电池的性能影响因素
    1.3 CW-MFC国内外研究现状
        1.3.1 底物种类的研究现状
        1.3.2 湿地型微生物燃料电池研究现状
        1.3.3 三价铁离子对CW-MFC性能影响的研究现状
        1.3.4 CW-MFC的机理模拟研究现状
        1.3.5 国内外研究综述分析
    1.4 本课题的研究内容及研究方案
        1.4.1 课题研究内容
        1.4.2 课题研究方案
第2章 材料与方法
    2.1 湿地型微生物燃料电池系统的设计与搭建
        2.1.1 湿地型微生物燃料电池系统的材料
        2.1.2 系统的搭建
        2.1.3 系统的接种与启动
    2.2 实验测定方法
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 产电净水性能的测定方法
    2.3 本章小结
第3章 湿地型微生物燃料电池模拟研究
    3.1 引言
    3.2 模型介绍及数学模型
        3.2.1 CW- MFC的运行过程
        3.2.2 CW-MFC的数学模型建立
        3.2.3 CW- MFC的数学模型边界条件设定
    3.3 模拟结果分析
        3.3.1 无介体湿地型微生物燃料电池初步模拟结果
        3.3.2 流速对湿地型微生物燃料电池的影响
        3.3.3 底物浓度对湿地型微生物燃料电池的影响
    3.4 本章小结
第4章 湿地型微生物燃料电池实验研究
    4.1 底物类型对湿地型生物燃料电池性能的影响
        4.1.1 引言
        4.1.2 实验操作与方法
        4.1.3 底物种类对CW -MFC产电性能影响
        4.1.4 CW –MFC净水性能分析
    4.2 底物在湿地型微生物燃料电池不同出口处净水性能比较
        4.2.1 引言
        4.2.2 实验操作与方法
        4.2.3 底物种类对CW -MFC不同采样口处净水性能影响
    4.3 三价铁离子浓度对湿地型生物燃料电池性能的影响
        4.3.1 引言
        4.3.2 实验操作与方法
        4.3.3 CW -MFC产电性能分析
        4.3.4 CW –MFC净水性能分析
    4.4 人工湿地与湿地型微生物燃料电池净水性能比较
        4.4.1 引言
        4.4.2 实验操作与方法
        4.4.3 CW和CW –MFC净水性能分析比较
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3794174