土壤微生物燃料电池修复复合污染土壤的实验研究

发布时间：2017-04-02 13:00

  本文关键词：土壤微生物燃料电池修复复合污染土壤的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本实验构建了以石油污染土壤为燃料的微生物燃料电池,研究了其产电性能及降解土壤中石油烃污染物的修复效果,取得了一定的实验研究结果。本实验构建的土壤微生物燃料电池,将石油污染土壤作为基质,不仅能够长时间产电,而且可以强化微生物对石油污染物降解作用。电池运行一个周期的时间为175天,稳定电压值为270±5 mV,累计放电量为3081C,最大功率密度为12.1mW·m-2,内阻为500Ω。土壤中石油烃、蒽、菲、芘的降解率分别为40.05%、54.19%、42.60%、27.02%,相对于开路对照实验,降解率分别提高了150.78%、160.15%、145.67%、131.93%。土壤MFCs系统的运行对土壤中微生物存在一定的驯化作用,使微生物更加适应MFCs的生物电化学环境。土壤MFCs阳极富集了产电微生物,阳极表面优势菌为地杆菌属(Geobacter)。在阳极表面及土壤中均检测出假单胞菌属(Pseudomonas)、微杆菌属(Microbacterium)等比较常见的石油烃降解菌。研究了4-10 cm不同电极间距对土壤MFCs产电性能及石油烃污染物降解效果的影响。实验结果表明：随着电极间距的变小,产电性能及污染物降解率均有所提高。4 cm电极间距的MFCs其电压达到285±5 mV,最大功率密度为12.1mW·m-2。电极间距为4和6 cm时,石油烃、芘、蒽、菲的降解率比较接近,但其降解率明显高于8和10 cm电极间距的降解率。土壤中石油烃、芘、蒽、菲的最大去除率分别为24.3%、18.8%、34.1%、28.1%。电极间距较小时,土壤MFCs传质阻力较小,有利于提高产电性能及污染物的降解率。研究了1-7 cm不同上覆水深度对土壤MFCs产电性能及石油烃污染物降解效果的影响。实验结果表明：五组电池稳定电压值在254～287 mV之间,最大功率密度值在10.5～12.3mW·m-2范围内,内阻均为500Ω,因此上覆水深度对MFCs产电性能无影响。上覆水深度对土壤中石油烃、蒽、菲、芘的去除效果没有明显的影响。
【关键词】：石油烃 MFCs 电压 电极间距 上覆水深度
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;TM911.45
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 石油的物质组成及特征15
• 1.2 石油污染的来源15-16
• 1.3 石油污染的危害16
• 1.4 石油污染土壤修复技术16-21
• 1.4.1 物理化学法17-18
• 1.4.2 生物法18-21
• 1.5 微生物燃料电池技术21-25
• 1.5.1 沉积型MFCs的工作原理22-23
• 1.5.2 沉积型MFCs的应用23
• 1.5.3 沉积型MFCs修复有机污染土壤的研究现状23-24
• 1.5.4 影响因素24-25
• 1.6 论文研究的目的、意义及主要研究内容25-26
• 1.6.1 论文研究的目的和意义25-26
• 1.6.2 主要研究内容26
• 1.7 课题的创新点26-27
• 第二章 材料与方法27-37
• 2.1 土壤采集27
• 2.2 试剂、材料和仪器27-28
• 2.2.1 实验试剂和材料27-28
• 2.2.2 实验仪器28
• 2.3 实验装置图28-29
• 2.4 溶液配制29
• 2.5 土壤性质的测定29-34
• 2.5.1 土壤pH的测定29-30
• 2.5.2 土壤有机质含量的测定30
• 2.5.3 土壤中石油烃含量的测定30-31
• 2.5.4 土壤中多环芳烃(PAHs)的定性测定31
• 2.5.5 土壤中蒽、菲、芘的提取31
• 2.5.6 样品中蒽、菲、芘浓度的测定与计算31-33
• 2.5.7 土壤及电极上DNA提取、PCR和测序33-34
• 2.6 土壤MFCs产电性能分析34-35
• 2.6.1 电压测定与记录34
• 2.6.2 内阻34
• 2.6.3 极化曲线与功率密度曲线34
• 2.6.4 土壤MFCs产出的电量34-35
• 2.7 阴极附近溶解氧含量的测定35-37
• 第三章 土壤MFCs的运行及土壤中污染物的去除37-45
• 3.1 土壤MFCs的构建37-38
• 3.2 MFCs产电性能38-39
• 3.2.1 电压38-39
• 3.2.2 极化曲线与功率密度曲线39
• 3.3 土壤中有机污染物的降解39-41
• 3.3.1 土壤中TPH的降解40
• 3.3.2 土壤中蒽、菲、芘的降解40-41
• 3.4 土壤性质的变化41
• 3.4.1 土壤pH41
• 3.4.2 土壤有机质含量41
• 3.5 微生物群落41-42
• 3.6 小结42-45
• 第四章 电极间距及上覆水深度对土壤MFCs性能的影响45-57
• 4.1 实验设计45-46
• 4.2 MFCs电压变化情况46-49
• 4.2.1 电极间距对MFCs电压的影响46-47
• 4.2.2 上覆水深度对MFCs电压的影响47-49
• 4.3 极化曲线与功率密度曲线49-51
• 4.3.1 不同电极间距MFCs的极化曲线与功率密度曲线49-50
• 4.3.2 不同上覆水深度MFCs极化曲线与功率密度曲线50-51
• 4.4 土壤中石油烃及蒽、菲、芘的降解51-54
• 4.5 土壤pH及有机质含量的变化54-55
• 4.6 结论55-57
• 第五章 结论与建议57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 建议58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-67
• 作者及导师简介67-68
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书68-69

【参考文献】

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本文编号：282507