微生物燃料电池氨损失机理研究
本文关键词：微生物燃料电池氨损失机理研究
【摘要】：环境污染和能源短缺是摆在人类面前的两大难题,微生物燃料电池的出现为解决这两大难题提供了新思路,MFCs在去除污染物的同时产生新能源,使得同步脱氮产电成为可能。本课题构建了质子交换膜双室微生物燃料电池,探究了阳极室氨氮损失的机理,分析了造成氨氮损失的影响因素,为以后氨氮废水的处理提供了理论依据。实验结果表明:(1)经过70天的污泥驯化培养,成功启动了以氨氮作为阳极唯一电子供体的微生物燃料电池。驯化完成后MFCs达到稳定时的电压为40.3m V;阳极氨氮的去除率为72.29%;阴极硝氮的去除率较小,为20.42%;阴阳极p H均维持在7.20左右。(2)阳极初始氨氮浓度由15.00mg/L增加到70.00mg/L时,电压峰值由28.3m V增加到92.9m V。当氨氮浓度为35.00mg/L时,MFCs内阻为123.07?,最大功率密度为109.35m W/3 Ｒ虼丝傻冒钡梢宰魑狹FCs阳极燃料。(3)当在阳极氨氮中同时添加亚硝氮后,氨氮降解速率加快,因此实验中可能有厌氧氨氧化作用的发生;当氨氮由35.00mg/L降到4.71mg/L,其中至少35.64%氨氮在微生物作用下发生了好氧氨氧化作用,成为硝氮和亚硝氮;2.12%氨氮透过质子交换膜进入阴极;氨氮的去除是生物以及物理化学共同作用的结果。(4)当温度由20℃变化到40℃时,氨氮去除率和电压经历先增加后降低的趋势。在30℃时氨氮去除率和电压都达到最大值,分别为77.70%和50.3m V。当温度改变时,氨氮去除和电压的变化具有同步性,相关系数达到0.9708,说明温度对二者变化的影响具有一致性。(5)当阳极p H值改变时:在碱性条件下p H值由7.0变为8.0时,容积脱氮速率和电压的变化都不明显,都取得较好的效果,最大分别为13.11g/(m3?d)和54.3m V;但p H在7.0-5.0的酸性范围时,电压和容积脱氮速率都很低,最低降为5.18g/(m3?d)和19.4m V;一方面是由于酸性条件对微生物的生存条件的影响,另一方面是酸性对氨氮挥发作用的限制。(6)有机物的添加对MFCs脱氮效果和电压均产生较大影响。随着C/N从0增加1:1时,电压值逐渐增大,而氨氮去除率减低,有机物的去除率在整个过程中几乎均能达到100%;阳极添加有机物后,硝氮和亚硝氮的积累减少;当C/N低于1:4时,MFCs产电来自于阳极氨氮的生物转化;当C/N高于1:4时,电压的增加是有机物的生物降解作用的结果。当C/N比为1:4时电压为80.3m V,容积脱氮率为16.73g/(m3?d),可以作为MFCs的优化值。
【关键词】：微生物燃料电池 脱氮 氨损失 产电 C/N
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 1 绪论10-22
- 1.1 微生物燃料电池概述10-15
- 1.1.1 微生物燃料燃料电池工作原理10-12
- 1.1.2 微生物燃料电池的材料和结构12-14
- 1.1.3 微生物燃料电池在环境领域的研究进展14-15
- 1.2 氨氮污染与控制技术15-20
- 1.2.1 氨氮污染的危害和现状15-16
- 1.2.2 传统氨氮去除理论和方法16-19
- 1.2.3 微生物燃料电池处理脱氮研究进展19-20
- 1.3 问题的提出与研究内容20-22
- 2 微生物燃料电池的启动22-28
- 2.1 材料和方法22-24
- 2.1.1 实验装置和结构22-23
- 2.1.2 测试项目和分析方法23
- 2.1.3 污泥驯化和培养23-24
- 2.2 结果与讨论24-26
- 2.2.1 启动阶段产电效果24-25
- 2.2.2 启动阶段脱氮效果25-26
- 2.2.3 微生物燃料电池阴阳极pH变化26
- 2.3 小结26-28
- 3 氨氮损失的机理研究28-36
- 3.1 材料和方法28-29
- 3.1.1 实验装置和结构28
- 3.1.2 测试项目和分析方法28
- 3.1.3 实验目的和方案28-29
- 3.2 结果和讨论29-35
- 3.2.1 阴离子对氨氮去除的影响29-30
- 3.2.2 产电和氨氮损失的关系30-32
- 3.2.3 氨氮损失和跨膜运动32
- 3.2.4 氨氮损失和生物转化32-35
- 3.3 小结35-36
- 4 氨氮损失的影响因素研究36-46
- 4.1 材料和方法36-37
- 4.1.1 实验装置和结构36
- 4.1.2 测试项目和分析方法36
- 4.1.3 实验目的和方案36-37
- 4.2 结果和讨论37-44
- 4.2.1 温度对氨氮去除和产电的影响37-39
- 4.2.2 pH不同对氨氮去除和产电的影响39-41
- 4.2.3 不同C/N比对氨氮去除和产电的影响41-44
- 4.3 小结44-46
- 5 结论和建议46-48
- 5.1 结论46-47
- 5.2 建议47-48
- 参考文献48-54
- 攻读学位期间发表的学术论文54-56
- 致谢56
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4 印霞h，
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