阴极菌群对MFC脱氮动力学影响研究

发布时间：2020-04-06 19:13

【摘要】：硝酸盐污染问题是全球性的环境问题,传统的处理方法均存在一定的弊端。微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂,在降解有机物的同时将燃料中的化学能转化为电能的实验装置。由于它具有燃料来源广泛、反应条件温和而且清洁环保不会引起环境污染等优点,自从被发现以来就引起了很多学者的关注。本文以硝酸盐溶液为阴极电子受体,通过在阴极分别接种活性污泥菌群和反硝化菌群,构建微生物燃料电池A-MFC和D-MFC。研究两种阴极菌群MFC在不同NO_3~--N浓度下的脱氮产电性能,并通过对阴极微生物群落进行分析,探讨两种阴极菌群MFC中阴极微生物脱氮反应机理。主要结果如下:(1)研究不同NO_3~--N浓度下两种阴极菌群MFC脱氮产电性能。在NO_3~--N浓度为25-100 mg/L时,浓度的提高会促进两种阴极菌群MFC的脱氮产电效果,但是在高浓度下,当NO_3~--N浓度为100-175 mg/L时,NO_3~--N浓度越高越抑制两种阴极菌群MFC的脱氮产电效果。不同NO_3~--N浓度下,A-MFC产电性能均优于D-MFC,而D-MFC脱氮性能优于A-MFC。分析结果显示在不同NO_3~--N浓度下,两种阴极菌群脱氮与产电性能方面有着相同的变化趋势。(2)通过选择合适的动力学模型来表征两种阴极菌群MFC阴极NO_3~--N降解过程。幂函数动力学分析结果显示,在不同NO_3~--N浓度下,一级反应更适合表征两种阴极菌群MFC中阴极NO_3~--N降解情况。而利用Haldane模型和Han-Levenspiel模型模拟两种阴极菌群MFC在不同NO_3~--N浓度下的脱氮过程,结果表明,Han-Levenspiel模型拟合效果更好。A-MFC的半饱和常数K_S为60.02mg/L高于D-MFC(22.56 mg/L),完全抑制浓度Sm为183.13 mg/L低于D-MFC(347.97mg/L),反硝化菌群相比活性污泥菌群对硝酸盐有更好的亲和能力和更大的耐受程度。(3)对两种阴极菌群MFC在运行初期和反应稳定时期阴极微生物群落进行分析。多样性分析结果表明,A-MFC生物多样性要高于D-MFC。两种阴极菌群MFC在运行稳定时期优势菌种均为变形菌门(Proteobacteria),占比都超过50%。且在反应稳定时期,在属的水平下,A-MFC优势菌属为Azonexus、Zoogloea和Ignavibacterium,D-MFC优势菌属为Comamonas和Acidovorax,以上菌属均具有反硝化作用。
【图文】：

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图 1. 1 MFC 工作原理图Fig 1.1 Working principle of MFC微生物燃料电池基本工作原理图[22]，以葡萄糖为底物充体为例，反应式为：

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图 1. 2 MFC 脱氮原理图Fig 1.2 MFC denitrification principle diagram HO 6HO 6CO 24H 24e12622OeHNOHO322 2 2
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TM911.45

【参考文献】