电子流分配对EAM-MFC耦合系统脱氮性能影响及原理分析

发布时间：2017-12-24 11:05

本文关键词：电子流分配对EAM-MFC耦合系统脱氮性能影响及原理分析　出处：《天津工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：微生物燃料电池(MFC)生物阴极可以利用硝酸盐作为电子受体,完成电化学反硝化过程。将其与传统硝化工艺耦合实现系统脱氮,过程较复杂且不易控制,限制了系统总氮去除效果。本研究借助膜曝气生物反应器(MABR)独特的脱氮原理和优异的性能将其与MFC工艺结合,构造新型导电膜曝气生物反应器与微生物燃料电池耦合系统(EAM-MFC),研究电子流分配对系统脱氮效果的影响及MFC阴极电子流调控机理。实验通过变换电池外接电阻调节到达MFC阴极电子流大小,研究电子流变化对耦合系统脱氮产电性能的影响。结果表明当外接电阻为5 Ω时,电流为22 mA,耦合系统氨氮和总氮达最大去除负荷0.16 kgN m-3 NCC d-1和0.128 kg TN m-3 d-1,同时氨氮和总氮最大去除率达80.90%和80.82%,硝酸盐几乎无积累,反硝化反应彻底。与开路条件相对比,氨氮去除率提高了 19.80%,总氮去除效率可提高22.71%。此时耦合系统脱氮所需碳氮比仅2.89 ± 0.08 g COD g~(-1)NH4+-N。研究表明EAM-MFC耦合系统能有效利用阳极电子流,促进阴极电化学生物反硝化作用,降低碳氮比提高脱氮效果。耦合系统阴极同时存在氧气(O_2/H_2O=+0.82V)和硝酸盐(NO_3-/0.5 N_2=+0.74V)两种电子受体,明确阴极电子受体竞争机制和阴极脱氮过程中电子流的分配对系统脱氮和产电具有理论指导意义。实验通过向阴极室单独提供不同电子受体,分析比较电子利用分配情况。结果表明,阴极室硝酸盐单电子受体条件下,电化学生物反硝化实现硝酸盐100%去除;氧气硝酸盐双电子受体竞争条件下,阴极硝酸盐去除率为39.88%;无电子供体条件下阴极硝酸盐去除率仅13.65%。当存在阴极电子受体竞争时,用于脱氮的电子流占总电流的30.37%,而耦合系统阴极硝酸盐库伦效率为42.48%。表明,该通过控制耦合系统运行条件,可以更好地分配利用阳极产电于阴极脱氮过程,提高电子利用效率。综上,EAM-MFC耦合系统能够调节电子流分配情况,进一步提高电子利用率,降低碳氮比的同时提高系统脱氮能力。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;TM911.45

【参考文献】