生物电化学系统对污水中离子型物质的去除与回收研究
发布时间：2021-01-29 07:33
生物电化学系统（Bioelectrochemical systems,BESs）能够借助生物电活性细菌将有机物氧化分解而输出电能或生产有用物质,为污水的资源化利用提供了新思路。借助BES所产电能驱动带电离子定向迁移,从而能够利用污水中所含化学能进行低能耗离子态物质的去除与回收。现有借助BES进行盐离子去除的研究所能达到的速率较低,且BES电极液pH变化剧烈,难以长期稳定运行;同时,利用BES驱动带电离子定向迁移从而对污水综合净化并同步回收资源的相关研究较少,有待开发新的BES构型与运行方式加以实现。本论文尝试优化BES中微生物脱盐电池（Microbial desalination cell,MDC）的构型,从而提高脱盐速率;优化MDC电极液循环方式,实现pH自稳定;构建微生物氮磷回收电池,在污水净化的同时回收氮磷;并在此基础上,建立基于BES的污水自驱动综合净化系统,利用污水自持能量驱动同步污水深度净化、脱盐以及氮磷回收。本论文通过放大堆叠型MDC的膜面积并降低膜间距,实现了电流水平的提升。在含有614层脱盐室的MDC构型中比选出含有10层脱盐室的最优构型,所实现...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 生物电化学系统的原理及组成
1.3 基于生物电化学系统的水脱盐研究
1.3.1 传统三室型微生物脱盐电池
1.3.2 堆叠型微生物脱盐电池
1.3.3 上流式微生物脱盐电池
1.3.4 电容型微生物脱盐电池
1.3.5 与阴极反应耦合的微生物脱盐电池
1.3.6 其他构型的微生物脱盐电池
1.3.7 各类微生物脱盐电池构型的性能比较
1.4 生物电化学系统对其他离子的去除与回收研究
1.4.1 地下水中硝酸盐去除
1.4.2 污水中氮磷回收
1.4.3 有价物质生产
1.5 生物电化学系统效能优化研究
1.5.1 内阻降低
1.5.2 pH控制
1.5.3 操作条件优化
1.5.4 脱盐室出水的离子污染
1.5.5 膜与阴极的结垢与生物污染
1.6 研究目的与研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
1.6.3 技术路线
第2章 堆叠型微生物脱盐电池构型优化研究
2.1 引言
2.2 试验材料与方法
2.2.1 反应器构型
2.2.2 反应器运行条件
2.2.3 分析与计算方法
2.3 脱盐室数目对堆叠型微生物脱盐电池运行性能的影响
2.3.1 对产电性能的影响
2.3.2 对脱盐性能的影响
2.3.3 对总脱盐速率的影响
2.3.4 对电子利用效率的影响
2.4 运行条件对堆叠型微生物脱盐电池运行性能的影响
2.4.1 循环流速的影响
2.4.2 盐溶液初始浓度的影响
2.5 堆叠型微生物脱盐电池电势降组成及变化分析
2.5.1 欧姆内阻的沿程变化
2.5.2 电势降的沿程变化
2.6 脱盐终点选择
2.7 与已有研究的脱盐性能比较
2.8 本章小结
第3章 循环型微生物脱盐电池pH稳定性研究
3.1 引言
3.2 试验材料与方法
3.2.1 反应器构型
3.2.2 反应器运行条件
3.2.3 分析与计算方法
3.3 循环电极液对微生物脱盐电池产电及pH的影响
3.3.1 对产电性能的影响
3.3.2 对电极液pH的影响
3.3.3 对阳极液DO浓度的影响
3.4 循环型微生物脱盐电池的长期运行
3.4.1 产电性能
3.4.2 阳极液的pH变化
3.4.3 脱盐性能
3.4.4 COD去除率与库仑效率
3.5 长期运行中循环型微生物脱盐电池的阴极生物污染
3.5.1 三种构型反应器阴极生物污染情况
3.5.2 阴极生物污染对反应器运行性能的影响
3.6 本章小结
第4章 微生物氮磷回收电池研究
4.1 引言
4.2 试验材料与方法
4.2.1 反应器构型
4.2.2 反应器运行条件
4.2.3 分析与计算方法
4.3 微生物氮磷回收电池的运行与污水净化效果
4.3.1 产电性能
4.3.2 污水净化效果
4.4 微生物氮磷回收电池的氮磷回收效果
4.4.1 回收液中氮磷的累积与浓缩效果
4.4.2 污水的同步净化效果
4.4.3 MNRC运行过程中的产电情况
4.5 微生物氮磷回收电池内离子分布变化与电荷迁移
4.5.1 污水中各类离子的分布及变化
4.5.2 回收液中各类离子的分布及变化
4.5.3 综合物料平衡分析
4.6 微生物氮磷回收电池内各类离子迁移电荷需求量分析
4.7 本章小结
第5章 基于生物电化学系统的污水自驱动综合净化系统研究
5.1 引言
5.2 试验材料与方法
5.2.1 反应器构型
5.2.2 反应器运行条件
5.2.3 分析与计算方法
5.3 回收液体积对综合净化系统运行效果的影响
5.3.1 对产电效果的影响
5.3.2 对回收液与淡水电导率的影响
5.3.3 对污水净化效果的影响
5.3.4 对氮磷浓缩效果的影响
5.4 系统连续运行中污水净化耦合氮磷回收效果
5.4.1 产电效果
5.4.2 回收液与淡水的电导率变化
5.4.3 污水净化效果
5.4.4 氮磷浓缩与回收效果
5.5 综合净化系统内离子分布变化与电荷迁移
5.5.1 污水中各类离子的分布及变化
5.5.2 回收液中各类离子的分布及变化
5.6 利用回收液产鸟粪石的结果
5.7 本章小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3006524
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 生物电化学系统的原理及组成
1.3 基于生物电化学系统的水脱盐研究
1.3.1 传统三室型微生物脱盐电池
1.3.2 堆叠型微生物脱盐电池
1.3.3 上流式微生物脱盐电池
1.3.4 电容型微生物脱盐电池
1.3.5 与阴极反应耦合的微生物脱盐电池
1.3.6 其他构型的微生物脱盐电池
1.3.7 各类微生物脱盐电池构型的性能比较
1.4 生物电化学系统对其他离子的去除与回收研究
1.4.1 地下水中硝酸盐去除
1.4.2 污水中氮磷回收
1.4.3 有价物质生产
1.5 生物电化学系统效能优化研究
1.5.1 内阻降低
1.5.2 pH控制
1.5.3 操作条件优化
1.5.4 脱盐室出水的离子污染
1.5.5 膜与阴极的结垢与生物污染
1.6 研究目的与研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 研究内容
1.6.3 技术路线
第2章 堆叠型微生物脱盐电池构型优化研究
2.1 引言
2.2 试验材料与方法
2.2.1 反应器构型
2.2.2 反应器运行条件
2.2.3 分析与计算方法
2.3 脱盐室数目对堆叠型微生物脱盐电池运行性能的影响
2.3.1 对产电性能的影响
2.3.2 对脱盐性能的影响
2.3.3 对总脱盐速率的影响
2.3.4 对电子利用效率的影响
2.4 运行条件对堆叠型微生物脱盐电池运行性能的影响
2.4.1 循环流速的影响
2.4.2 盐溶液初始浓度的影响
2.5 堆叠型微生物脱盐电池电势降组成及变化分析
2.5.1 欧姆内阻的沿程变化
2.5.2 电势降的沿程变化
2.6 脱盐终点选择
2.7 与已有研究的脱盐性能比较
2.8 本章小结
第3章 循环型微生物脱盐电池pH稳定性研究
3.1 引言
3.2 试验材料与方法
3.2.1 反应器构型
3.2.2 反应器运行条件
3.2.3 分析与计算方法
3.3 循环电极液对微生物脱盐电池产电及pH的影响
3.3.1 对产电性能的影响
3.3.2 对电极液pH的影响
3.3.3 对阳极液DO浓度的影响
3.4 循环型微生物脱盐电池的长期运行
3.4.1 产电性能
3.4.2 阳极液的pH变化
3.4.3 脱盐性能
3.4.4 COD去除率与库仑效率
3.5 长期运行中循环型微生物脱盐电池的阴极生物污染
3.5.1 三种构型反应器阴极生物污染情况
3.5.2 阴极生物污染对反应器运行性能的影响
3.6 本章小结
第4章 微生物氮磷回收电池研究
4.1 引言
4.2 试验材料与方法
4.2.1 反应器构型
4.2.2 反应器运行条件
4.2.3 分析与计算方法
4.3 微生物氮磷回收电池的运行与污水净化效果
4.3.1 产电性能
4.3.2 污水净化效果
4.4 微生物氮磷回收电池的氮磷回收效果
4.4.1 回收液中氮磷的累积与浓缩效果
4.4.2 污水的同步净化效果
4.4.3 MNRC运行过程中的产电情况
4.5 微生物氮磷回收电池内离子分布变化与电荷迁移
4.5.1 污水中各类离子的分布及变化
4.5.2 回收液中各类离子的分布及变化
4.5.3 综合物料平衡分析
4.6 微生物氮磷回收电池内各类离子迁移电荷需求量分析
4.7 本章小结
第5章 基于生物电化学系统的污水自驱动综合净化系统研究
5.1 引言
5.2 试验材料与方法
5.2.1 反应器构型
5.2.2 反应器运行条件
5.2.3 分析与计算方法
5.3 回收液体积对综合净化系统运行效果的影响
5.3.1 对产电效果的影响
5.3.2 对回收液与淡水电导率的影响
5.3.3 对污水净化效果的影响
5.3.4 对氮磷浓缩效果的影响
5.4 系统连续运行中污水净化耦合氮磷回收效果
5.4.1 产电效果
5.4.2 回收液与淡水的电导率变化
5.4.3 污水净化效果
5.4.4 氮磷浓缩与回收效果
5.5 综合净化系统内离子分布变化与电荷迁移
5.5.1 污水中各类离子的分布及变化
5.5.2 回收液中各类离子的分布及变化
5.6 利用回收液产鸟粪石的结果
5.7 本章小结
第6章 结论与建议
6.1 结论
6.2 建议
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3006524
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