低温环境下微生物燃料电池处理地下水中硝酸盐污染的研究

发布时间：2017-07-13 11:06

  本文关键词：低温环境下微生物燃料电池处理地下水中硝酸盐污染的研究

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【摘要】：现在地下水硝酸盐污染十分普遍,已经严重危害到了人类的正常生活。本文利用微生物燃料电池方法原位处理地下水硝酸盐污染,在研究的过程中,发现在低温环境下,微生物燃料电池的性能下降显著,为此选择投加甜菜碱的方法来改善低温环境下微生物燃料电池效率降低的现象,具体结论如下：(1)在低温环境下,微生物燃料电池的效率下降明显,在这种情况下投加甜菜碱,可以缓解低温对微生物活性的抑制,达到提高反应器的产电能力和降解硝酸盐的能力的目的,为在低温下MFC处理地下水硝酸盐污染效能不好的问题上提供了一个可行的解决方法；(2)当在封闭的双室MFC内进行实验研究时,反应器处在5-10℃低温环境下,进水COD为1000 mg/L, NO-浓度为100 mg/L时,甜菜碱的最佳投加量为0.7 mmol/L,此时COD的降解率和N03-的降解率分别为54.5%和96.5%,与未投加甜菜碱的相比,COD的降解效率提高了18.1%,对N03-的降解率提高了41.2%；(3)在双室反应器的基础上,放大微生物燃料电池反应器,构建单室大体积MFC,模拟地下水环境,研究MFC对硝酸盐的降解情况;(4)在研究结果中得到了该微生物燃料电池运行的最佳参数为COD浓度为1000mg/L,硝酸盐浓度为100 mg/L。在此条件下的微生物燃料电池去污产电能力为：最终的溢流槽出水口COD浓度仅为157.5 mg/L,COD降解效率达到了84.3%,COD去除效果良好;出水口的N03-浓度为5.3 mg/L,出水口的NO2-和NH4+浓度分别为0.69mg/L和2.96 mg/L,硝酸盐的去除效果很好,亚硝酸盐和氨氮也没有产生一定的积累,整个系统脱氮效果良好；反应器在周期运行内产电性能良好,最大功率密度为43.74mW/m2,相应的电流密度为135.47 m.A/m2,说明该反应器在脱氮和产电性能上都取得了较好的效果：(5)针对低温环境下微生物燃料电池性能不好的情况,选择投加甜菜碱来改善这一现象。结果表明：进水中投加了0.1 mmol/L甜菜碱时,COD去除率为75.13%,NO3-去除率为86.53%,MFC出水N02-浓度为1.27 mg/L, NH4+浓度为3.88 mg/L；进水中投加了1.0 mmol/L甜菜碱时,COD去除率为72.38%,N03-去除率为82.05%,MFC出水N02-浓度为0.88 mg/L,NH4+浓度为4.78 mg/L,可见在投加了一定浓度的甜菜碱之后,MFC的各项去除污染物的能力均得到了一定程度的提升。在此基础上判断甜菜碱的最佳投加量在0.1 mmol/L到1.0 mmol/L之间,实验结果表明：甜菜碱的最佳投加量为0.60 mmol/L 。
【关键词】：微生物燃料电池 甜菜碱 地下水 硝酸盐
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X523;TM911.45
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 引言17-18
• 1.2 微生物燃料电池技术简介18-20
• 1.2.1 微生物燃料电池工作原理18-19
• 1.2.2 微生物燃料电池的分类19
• 1.2.3 微生物燃料电池处理污染废水19-20
• 1.3 地下水硝酸盐污染修复技术研究20-23
• 1.3.1 地下水硝酸盐污染现状20-21
• 1.3.2 地下水硝酸盐污染修复方法21-23
• 1.3.2.1 地下水硝酸盐降解转化过程21
• 1.3.2.2 地下水硝酸盐原位修复方法21-23
• 1.4 地下水低温环境下微生物燃料电池的研究进展23-24
• 1.4.1 地下水低温环境23
• 1.4.2 低温环境下微生物燃料电池的产电效率23-24
• 1.5 甜菜碱24-26
• 1.5.1 甜菜碱的理化性质24
• 1.5.2 甜菜碱的生理功能24-25
• 1.5.3 甜菜碱在低温胁迫下对植物的保护作用25
• 1.5.4 甜菜碱在低温胁迫下对微生物的保护作用25-26
• 1.6 本文研究内容、目的和意义26-27
• 1.6.1 研究目的和意义26
• 1.6.2 研究内容26-27
• 第二章 低温环境下MFC处理硝酸盐污染的研究27-38
• 2.1 实验部分27-30
• 2.1.1 实验装置27-28
• 2.1.2 实验材料28-29
• 2.1.3 实验启动过程29
• 2.1.4 分析与测试方法29-30
• 2.1.5 实验方法30
• 2.2 MFC启动结果30-31
• 2.3 结果31-36
• 2.3.1 投加甜菜碱对MFC产电效能的影响31-32
• 2.3.2 投加甜菜碱对MFC处理污水效能的影响32-35
• 2.3.2.1 投加不同量的甜菜碱对MFC降解COD的影响32-33
• 2.3.2.2 投加甜菜碱对低温下MFC降解NO_3~-的影响33-34
• 2.3.2.3 脱氢酶含量34-35
• 2.3.3 甜菜碱的最佳投加量35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 单室大体积微生物燃料电池反应器的构建38-43
• 3.1 矩形溢流槽模型的构建38-39
• 3.2 单室大体积微生物燃料电池反应器的构建39-41
• 3.3 微生物燃料电池启动时电子受体的选择41
• 3.4 单室大体积微生物燃料电池反应器阴阳极的接种与启动41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 单室MFC原位修复地下水硝酸盐的研究43-69
• 4.1 实验试剂及相关溶液的配制43-44
• 4.2 实验材料的准备44
• 4.2.1 电极材料的准备44
• 4.2.2 接种污泥的准备44
• 4.3 单式MFC原位修复地下水硝酸盐的参数研究44-59
• 4.3.1 COD对MFC原位修复地下水硝酸盐的影响44-53
• 4.3.1.1 不同COD条件下MFC对COD去除44-46
• 4.3.1.2 不同COD浓度下MFC对硝酸盐的去除46-52
• 4.3.1.3 不同COD条件下MFC的产电性能52-53
• 4.3.2 硝酸盐浓度对MFC原位修复地下水硝酸盐的影响53-59
• 4.3.2.1 不同硝酸盐浓度条件下MFC对COD的去除53-55
• 4.3.2.2 不同硝酸盐浓度条件下MFC对硝酸盐的去除55-58
• 4.3.2.3 不同硝酸盐浓度条件下的产电性能58-59
• 4.4 温度对MFC原位修复地下水硝酸盐的影响59-67
• 4.4.1 温度对MFC去除硝酸盐的影响59-62
• 4.4.2 低温环境下投加甜菜碱对MFC去除硝酸盐的影响62-67
• 4.4.2.1 投加甜菜碱对MFC去除硝酸盐效果的影响62-66
• 4.4.2.2 甜菜碱的最佳投加量66-67
• 4.5 低温环境下甜菜碱的作用机理67
• 4.6 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 主要创新点70
• 5.3 存在的问题及展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

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1 ;微生物燃料电池处理污水发电两不误[N];中国环境报;2005年

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3 萧潇;微生物燃料电池：处理污水发电两不误[N];中国煤炭报;2005年

4 记者　毛黎;微生物燃料电池技术又推进一步[N];科技日报;2006年

5 纪振宇;微生物燃料电池为汽车节能环保提供解决方案[N];中国高新技术产业导报;2008年

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7 张芮;希腊从芝士副产品中回收能源[N];中国石化报;2010年

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9 编译 杨孝文;微生物机器人吃苍蝇发电[N];北京科技报;2006年

10 记者 陈勇;美科学家开发出微生物燃料电池[N];新华每日电讯;2005年

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