光合藻类微生物燃料电池产电特性及处理保险粉废水研究

发布时间：2020-07-15 10:30

【摘要】：能源短缺及温室效应是当今世界所面临的重大挑战。如果能够对人类生产和生活产生的有机废水进行无害化处理,同时又回收其中的能量和固定所产生的二氧化碳,这将具有非同寻常的意义。为此,本文通过将MFC与藻类生长相结合,构建了一种新的废水处理装置—光合藻类微生物燃料电池(PAMFC)。探索以有机废水为燃料,通过微生物降解有机物产生电能,并将降解有机物所产生的二氧化碳供阴极的藻类生长利用。构建了一种用于研究的PAMFC实验装置,在该装置上开展了不同电子供体对PAMFC产电特性的影响及对小球藻生长的影响、不同环境因素对PAMFC产电特性的影响和以保险粉废水为电子供体的PAMFC产电特性及废水COD去除率等研究。所得到的主要研究结果如下:(1)以两种不同电子供体作为阳极底物的PAMFC实验表明,PAMFC分别以乙酸钠和葡萄糖作为电子供体同时启动时,在同等条件下,阳极底物简单的,PAMFC启动时间较短,且PAMFC的开路电压以及最大输出功率较高。两种不同电子供体作为阳极底物的PAMFC中小球藻的生长情况也有比较明显的差别,在实验中阳极为结构简单的电子供体可使PAMFC获得更大的输出功率以及阴极可以收获更多的小球藻的生物量、叶绿素及营养成分。(2)温度、光照强度、pH值等环境因素对PAMFC产电特性影响实验表明,这些环境因素对PAMFC的输出电压曲线、极化曲线和功率密度曲线等有明显的影响,当温度为30℃、光照强度为5000lux时及pH为6时,使得PAMFC的产电性能更佳。(3)以保险粉废水为电子供体的PAMFC产电特性及废水COD去除率实验表明,温度、阳极液pH值及保险粉废水浓度等处理条件对PAMFC的产电和COD降解率有明显的影响,在温度为30℃,pH为7的条件下可以适当提高保险粉废水的进水浓度,有利于提高电池产电性能及降解性能,这项研究表明,有希望通过构建处理保险粉废水的光合藻类微生物燃料电池(PAMFC),在降解其COD的同时产生一定的电能。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM911.45
【图文】：

流程图,精馏残液,传统保险,流程

图 1.1 传统保险粉精馏残液排放流程[49]1.3.2 保险粉废水处理方法絮凝沉淀-化学氧化法:王淮等[50]利用将氯化钙、氧化钙和双氧水的加入废水中，通过控制物质的加入量来观察保险粉废水中COD的去除，实验发现在进行氧化处理前，利用 CaCl2絮凝处理后，对处理保险粉废水较为有效。废水COD的去除率为39.8%，盐度去除率为48.3%，黎洪元[51]将PAC、PAM加入保险粉废水中进行搅拌后絮凝沉淀，COD去除率为 38%。该方法处理保险粉废水效果不佳，由于本废水COD浓度高，废水中又无粒径较大的颗粒，一般絮凝法并无奏效。Fenton氧化法：该法主要利用2 2H O 及 Fe2+的结合产物Fenton试剂在氧化方面有其特有的优势[52]，加入适量的2+Fe 可以起到催化作用，增强2 2H O 的氧化效果。彭红星等[53]采用了絮凝沉淀-Fenton 氧化法对保险粉废水进行处理，保险粉废水COD 去除率达88.34 %，在另一试验中黎洪元[51]等在芬顿试剂中使用2+Cu 作为催化剂，使得保险粉废水中COD去除率达到 86.1%。由于由于2 2H O 价格过高，使得 Fenton 试剂单独使用时会过高增加处理成本[25]

原理图,反应器,原理图,实验材料

第 2 章实验材料与方法实验药品与仪器PAMFC 实验装置论文中实验所采用的都是光合藻类微生物燃料电池(PAMFC )。图 2.1 为反应器构成及原理图，PAMFC实际装置图如图 2.2 所示。由两个有机玻容积相同的方形反应器组成，两室由质子交换膜隔开，每个反应器容积3cm 。外电路通过钛丝导线与电极连接，阴阳极顶部各有一个出气口并管联通。阳极在处理废水时所产生的 CO2通过连接管进入阴极室中，，过光合作用吸收 CO2并产生作用于阴极的电子受体 O2，从而促进电池生。PAMFC 所需主要实验材料如表 2.1 所示。

连续进水,时装,碳毡

图 2.2 PAMFC 在连续进水时装置图.2 质子交换膜质子交换膜：美国Dupont公司生产的Nafion117型。使用前预处理方法：用 5%的稀硫酸，80℃煮 2 小时。后用去离子水清至清洗后水pH 值恢复正常。.3 电极材料及电极制作本研究中用到的电极材料包括：碳毡（阳极），碳毡（阴极），载铂碳纸），钛丝，AB胶水。以碳毡为阴阳极的尺寸均为（3cm×4cm×5mm），以碳纸为阴极的尺寸为（3cm×4cm）。电极的具体制作过程如下：将碳毡或载铂碳纸按需要裁剪成矩形，用A将其与钛丝线的连接处固定。.4 菌种

【参考文献】