磷浓度对生物阴极MFC脱氮产电的影响及微生物群落分析
发布时间：2021-11-11 10:13
氮污染是全人类共同面临的的严重环境问题,去除水体中硝酸盐和亚硝酸盐（氧化态污染物）势在必行。微生物燃料电池（Microbial fiiel cell,MFC）以微生物为催化剂将废水中污染物蕴含的化学能直接转化为电能,可实现同步治污产电,尤其生物阴极可直接提供电子弥补硝酸盐反硝化过程中碳源不足的问题。但是,水体中的氮磷是共存的,MFC研究主要集中在单一污染源去除方面,考察水体中磷的浓度对MFC生物阴极脱氮兼具产电的影响具有一定的现实意义。本文构建了以硝酸钾为电子受体的生物阴极反硝化微生物燃料电池,研究了添加4种质量浓度的磷酸钾MFC的脱氮产电性能、影响因素和工作机理。主要结果如下:（1）探讨不同磷氮质量浓度比下生物阴极菌群MFC产电效率。在磷氮质量浓度比为1:8时,MFC1阴极微生物菌群产电效率最高。MFC-0、MFC-1、MFC-2、MFC-3的最大输出电压、最大电路密度、最大功率密度分别为0.41、0.42、0.30、0.25 V,4.08、4.49、4.18、2.51 A.m-3,0.79、0.83、0.40、0.11 W.m-3。且分别...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双室MFC工作原理图
第一章绪论9生物阴极型MFC是生物厌氧脱氮的一种脱氮方法。以微生物作为阴极催化剂的生物阴极MFC可以利用微生物还原废水中的氮，同时产生电能。在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流；在阴极室中，硝酸盐、亚硝酸盐等的氮结合电子、质子在还原菌下作用下获得电子，被还原为氮气，实现硝酸盐的降解去除。生物阴极的催化反应与微生物的代谢活性之间存在着密切的相互作用，阴极反应依赖于微生物的代谢活性，同时外电路电子可以作为微生物生长代谢的能源，生物阴极MFC在微生物的催化下提高了硝酸盐的降解效率。图1.2为MFC基本脱氮原理，以C6H12O6为底物充当电子供体，NO3--N为电子受体为例，反应如下：图1.2双室MFC脱氮原理图Fig1.2MFCdenitrificationprinciplediagram阳极：HOHCC242466eHOO226126（1.6）阴极：OOHNOHeN22322(1.7)OOHNOHeN222(1.8)OOHONHeN222121(1.9)NOHNHeO222212121(1.10)
第二章实验材料与方法13第二章实验材料与方法2.1实验装置如图2.1所示，两室的体积相同，每一侧长方形体积都为400.0cm3，阳极和阴极均由自制的碳刷来作为外电子传递的导体连接，其碳刷为3.0cm×13.0cm×2.0cm。双室型MFC采用质子交换膜隔开两室，各部分上下端设有进、出水样口，MFC装置的外部通过导线连接形成回路，同时搭载1000Ω的电阻。在MFC实验中，只要MFC在运行，电压就会一直在产生，但较短时间内电压的变化不会很大，甚至可以忽略不计，因此，电压采集的时间间隔是3分钟，收集到的数据会在我们已经连接的计算机上，保存在文档中，供数据分析使用。图2.1实验中MFC实物图Fig2.1MFCactualpictureintheexperiment2.2实验材料2.2.1药品和试剂的配置MFC阴阳极室的反应液是按照模拟废水配比进行的人工配置的溶液。MFC两个部分的室体内实质上所配比的溶液类型相差不大，其两部分药品的差别主要是电子供体与电子受体，另外阴极部分加入了磷酸钾影响因子。阴阳极溶液成分为KCl0.13g/L、NH4Cl0.31g/L、K2H,PO40.56g/L，浓度根据需求配置。阴阳极矿物质（即微量元素溶液）12.5ml/L，维生素营养液5.0ml/L[85]，阳极室加入乙酸钠0.64g/L，提供
本文编号：3488676
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双室MFC工作原理图
第一章绪论9生物阴极型MFC是生物厌氧脱氮的一种脱氮方法。以微生物作为阴极催化剂的生物阴极MFC可以利用微生物还原废水中的氮，同时产生电能。在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流；在阴极室中，硝酸盐、亚硝酸盐等的氮结合电子、质子在还原菌下作用下获得电子，被还原为氮气，实现硝酸盐的降解去除。生物阴极的催化反应与微生物的代谢活性之间存在着密切的相互作用，阴极反应依赖于微生物的代谢活性，同时外电路电子可以作为微生物生长代谢的能源，生物阴极MFC在微生物的催化下提高了硝酸盐的降解效率。图1.2为MFC基本脱氮原理，以C6H12O6为底物充当电子供体，NO3--N为电子受体为例，反应如下：图1.2双室MFC脱氮原理图Fig1.2MFCdenitrificationprinciplediagram阳极：HOHCC242466eHOO226126（1.6）阴极：OOHNOHeN22322(1.7)OOHNOHeN222(1.8)OOHONHeN222121(1.9)NOHNHeO222212121(1.10)
第二章实验材料与方法13第二章实验材料与方法2.1实验装置如图2.1所示，两室的体积相同，每一侧长方形体积都为400.0cm3，阳极和阴极均由自制的碳刷来作为外电子传递的导体连接，其碳刷为3.0cm×13.0cm×2.0cm。双室型MFC采用质子交换膜隔开两室，各部分上下端设有进、出水样口，MFC装置的外部通过导线连接形成回路，同时搭载1000Ω的电阻。在MFC实验中，只要MFC在运行，电压就会一直在产生，但较短时间内电压的变化不会很大，甚至可以忽略不计，因此，电压采集的时间间隔是3分钟，收集到的数据会在我们已经连接的计算机上，保存在文档中，供数据分析使用。图2.1实验中MFC实物图Fig2.1MFCactualpictureintheexperiment2.2实验材料2.2.1药品和试剂的配置MFC阴阳极室的反应液是按照模拟废水配比进行的人工配置的溶液。MFC两个部分的室体内实质上所配比的溶液类型相差不大，其两部分药品的差别主要是电子供体与电子受体，另外阴极部分加入了磷酸钾影响因子。阴阳极溶液成分为KCl0.13g/L、NH4Cl0.31g/L、K2H,PO40.56g/L，浓度根据需求配置。阴阳极矿物质（即微量元素溶液）12.5ml/L，维生素营养液5.0ml/L[85]，阳极室加入乙酸钠0.64g/L，提供
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