生物膜电极法耦合人工湿地型微生物燃料电池对难降解有机物去除特性的研究

发布时间：2017-07-16 10:07

  本文关键词：生物膜电极法耦合人工湿地型微生物燃料电池对难降解有机物去除特性的研究

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【摘要】：本文以生物膜电极反应器(BER)作为人工湿地型微生物燃料电池(CWMFC)的前处理,利用BER单元的电化学和生物电化学作用,提高难降解有机印染废水的可生化性,促进CWMFC单元对难降解有机印染废水的去除和同步产电,同时将CWMFC产生的电能用于BER,形成BER-CWMFC耦合系统,从能量和物质两方面达到耦合。以偶氮染料活性艳红X-3B作为目标污染物,研究了一体式BER与三维BER对活性艳红X-3B的去除效果和影响因素,重点考察了一体式BER-CWMFC耦合系统与三维BER-CWMFC耦合系统的电学特性和对X-3B的降解特性。研究结果如下；研究了电压对一体式BER去除性能的影响,结果表明当电压不低于0.8V时,电化学和生物电化学的促进作用才较为明显,电压0.8V和1.0V时一体式BER的X-3B去除率比对照系高出18.63%和35.86%。构建一体式BER-CWMFC耦合系统,发现耦合系统中CWMFC堆栈电池堆最大输出电压为0.95V,最大输出功率为0.21mW,同时CWMFC堆栈电池堆未出现电压反转,系统运行稳定。结果表明,一体式BER-CWMFC耦合系统的X-3B去除率相比未耦合时的一体式BER装置与CWMFC装置分别提高了34.46%和7.16%,耦合后X-3B的去除率得到了提高。研究了电流对一体式BER-CWMFC耦合系统的影响,耦合系统中一体式BER单元的CODcr去除率与X-3B去除率变化趋势与电流变化一致,随着电流的升高而升高,CODcr去除率在73.00%-88.62%之间,X-3B去除率在44.03%～60.70%之间；耦合系统中一体式BER在0.2-0.6V电压内仍能保持较好的X-3B去除性能。随着电流变化,耦合系统中两个CWMFC单元的CODcr去除率相似,稳定在75.00%左右,而两个CWMFC单元的X-3B去除率差异变大,电流的变化促使CWMFC-1的X-3B去除性能得到了提高,而CWMFC-2的X-3B去除性能受到了抑制,因此整个耦合系统的X-3B去除率随着电流的变化而略有下降。研究了进水X-3B的浓度及外加电压对三维BER降解X-3B的影响。结果表明,电化学和生物电化学作用提高了三维BER对X-3B的去除能力,相比未加电的三维BER,其X-3B去除率提高了20.00%左右。在0.5-2.0V范围内,电压对三维BER的促进作用相似；进水X-3B的浓度在200-800mg/L时,进水浓度对三维BER去除X-3B的性能无明显影响；三维BER装置的表观内阻稳定。结合UV-Vis和GC-MS分析,三维BER对X-3B的去除首先是偶氮双键的断裂,在阴极表面产生的苯胺等芳香胺类物质可以在阳极作用下得到进一步的降解。构建三维BER-CWMFC耦合系统,对耦合系统的电学特性与X-3B的降解特性进行研究。结果表明三维BER-CWMFC耦合系统能有效去除高浓度活性艳红X-3B废水,当进水X-3B浓度分别为500mg-和1000mg/L时,其X-3B去除率均在99.00%以上。三维BER-CWMFC耦合系统运行稳定,CWMFC单元的最大输出电压为0.50V,最大输出功率为0.31mW。一体式BER-CWMFC耦合系统与三维BER-CWMFC耦合系统对X-3B的去除率均高于97.00%。与一体式BER-CWMFC耦合系统相比,三维BER-CWMFC系统处理高浓度X-3B废水更具优势。
【关键词】：生物膜电极反应器 人工湿地型微生物燃料电池 活性艳红X-3B 耦合系统
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X791;TM911.45
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11
• 1.2 偶氮染料废水处理方法概述11-14
• 1.3 生物膜电极法的研究进展14-16
• 1.3.1 二维生物膜电极法研究概况14-15
• 1.3.2 三维生物膜电极法研究概况15-16
• 1.4 微生物燃料电池技术的研究进展16-19
• 1.4.1 微生物燃料电池的基本原理16-17
• 1.4.2 微生物燃料电池堆栈研究17-18
• 1.4.3 微生物燃料电池在废水处理研究中的应用18-19
• 1.5 研究的目的、意义及内容19-21
• 1.5.1 课题目的及意义19
• 1.5.2 研究内容19-21
• 第二章 实验材料与方法21-28
• 2.1 实验装置21-23
• 2.2 偶氮染料活性艳红X-3B23
• 2.3 实验用水23-24
• 2.4 污泥接种驯化挂膜24-25
• 2.5 实验仪器与设备25
• 2.6 实验检测分析方法25-28
• 2.6.1 物理和化学分析指标25-26
• 2.6.2 光谱扫描分析26-28
• 第三章 一体式BER-CWMFC耦合系统降解活性艳红X-3B的性能研究28-42
• 3.1 实验方法28-29
• 3.2 讨论与分析29-40
• 3.2.1 一体式BER单体运行特性29-31
• 3.2.2 CWMFC堆栈电池堆运行特性31-32
• 3.2.3 一体式BER-CWMFC耦合系统的电学特性32-34
• 3.2.4 一体式BER-CWMFC耦合系统对X-3B的去除特性34-36
• 3.2.5 电流对一体式BER-CWMFC耦合系统各个单元的影响36-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 三维BER降解活性艳红X-3B的研究42-53
• 4.1 实验方法42
• 4.2 结果与分析42-52
• 4.2.1 染料浓度对三维BER降解去除的影响42-44
• 4.2.2 不同电压对三维BER降解去除的影响44-46
• 4.2.3 紫外—可见光谱(UV-Vis)分析46-48
• 4.2.4 气相色谱-质谱分析(GC-MS)扫描分析48-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 三维BER-CWMFC耦合系统降解活性艳红X-3B的性能研究53-58
• 5.1 实验方法53
• 5.2 结果与讨论53-57
• 5.2.1 三维BER-CWMFC耦合系统的电学特性53-54
• 5.2.2 不同进水浓度对X-3B去除的影响54-56
• 5.2.3 三维BER耦合系统与一体式BER耦合系统的比较56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 作者简介67

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