微生物燃料电池（MFC）对典型土壤污染物的去除作用与机理
发布时间：2021-04-20 14:16
土壤是自然环境要素的重要组成部分。近年来,由于工业及农业活动的快速发展,有机污染与重金属污染土壤逐年上升。诸多物理、化学、生物技术都可用来处理生态系统中的污染物,然而这些物理化学技术大多为高能耗并会向大气中排放温室气体;虽然生物处理技术既经济又友好,但是在处理低生物利用率的污染物时会受到极大的限制。因此,人们开发了一些更为先进的技术用于治理污染,如微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）。MFC作为一种新型的产能方式受到了广泛关注和研究;MFC的研究热点除产电性能和产电机理外,其良好的污染物净化性能也受到极大关注。本文成功构建了两种新型的土壤MFC,并将其应用于去除土壤中难降解有机物（以六氯苯和阿特拉津为代表）和重金属（以铜为代表）。在土壤MFC中,共基质在阳极厌氧条件下降解产生电子、质子等,阴极利用氧化态物质如空气等作为电子受体,通过外电路形成回路并产生电流,使整个土壤MFC产生电场。本文从土壤MFC的产电特性,外接电阻、电极间距、缓冲液浓度等方面研究难降解有机物在土壤MFC中的去除特性,研究土壤MFC对重金属的去除作用,解析难降解有机物、重金属在土壤MF...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 土壤污染现状
1.1.1 有机污染物的危害及污染现状
1.1.2 重金属的危害及污染现状
1.2 污染土壤修复技术概况
1.2.1 污染土壤的植物修复
1.2.2 污染土壤的微生物修复
1.2.3 污染土壤的化学修复
1.2.4 污染土壤的电动修复
1.2.5 污染土壤的物理修复
1.3 MFC技术研究概况
1.3.1 MFC的基本原理
1.3.2 影响MFC产电性能的主要因素
1.4 MFC去除典型污染物的研究进展
1.4.1 MFC去除易降解有机物的研究进展
1.4.2 MFC去除难降解有机物的研究进展
1.4.3 MFC去除重金属的研究进展
1.5 研究目的、内容及技术路线
1.5.1 研究目的和意义
1.5.2 研究内容
1.5.3 课题来源
第二章 实验材料与方法
2.1 土壤MFC的构建与启动
2.1.1 土壤MFC的构建
2.1.2 土壤MFC的启动
2.2 难降解有机物
2.2.1 六氯苯
2.2.2 阿特拉津
2.3 测定项目与方法
2.3.1 难降解有机物污染土壤的制备
2.3.2 电化学性能评价方法
2.3.3 难降解有机物的测定
2.3.4 重金属的测定
2.4 微生物学分析方法
第三章 土壤MFC产电性能分析
3.1 实验设置
3.2 缓冲液浓度对土壤MFC产电的影响
3.2.1 缓冲液浓度对土壤MFC电压输出的影响
3.2.2 缓冲液浓度对土壤MFC极化曲线的影响
3.3 外接电阻对土壤MFC产电的影响
3.3.1 外接电阻对土壤MFC输出电压的影响
3.3.2 外接电阻对土壤MFC极化曲线的影响
3.3.3 阴、阳极极化曲线图
3.4 电极间距对土壤MFC产电的影响
3.4.1 电极间距对土壤MFC电压输出的影响
3.4.2 电极间距对土壤MFC极化曲线的影响
3.4.3 阴、阳极极化曲线图
3.5 难降解有机物负荷对土壤MFC产电的影响
3.5.1 阿特拉津的初始浓度对土壤MFC电压输出的影响
3.5.2 阿特拉津的初始浓度对土壤MFC极化曲线的影响
3.5.3 阴、阳极极化曲线图
3.6 本章小结
第四章 难降解有机物在土壤MFC中的去除特性
4.1 实验设置
4.2 HCB在土壤MFC中的降解特性
4.3 表面活性剂SDS对HCB去除的影响
4.4 外接电阻对难降解有机物去除特性的影响
4.4.1 HCB的去除
4.4.2 阿特拉津的去除
4.5 污染物负荷对难降解有机物去除的影响
4.5.1 HCB的去除
4.5.2 阿特拉津的去除
4.6 电极间距对难降解有机物去除的影响
4.6.1 HCB的去除
4.6.2 阿特拉津的去除
4.7 缓冲液浓度对难降解有机物去除的影响
4.8 复合污染条件下土壤MFC对难降解有机物去除特性分析
4.9 本章小结
第五章 难降解有机物在土壤MFC中的去除机理分析
5.1 实验设置
5.2 难降解有机物在土壤MFC不同土壤层中的去除
5.2.1 HCB在不同土壤层中的去除
5.2.2 阿特拉津在不同土壤层中的去除
5.2.3 复合污染条件下HCB和阿特拉津在不同土壤层中的去除
5.3 土壤MFC中微生物群落结构分析
5.4 土壤MFC产电与难降解有机物去除之间的关系
5.5 本章小结
第六章 土壤MFC去除重金属铜的研究
6.1 实验设置
6.2 重金属在单室无膜土壤MFC中的迁移特性
6.2.1 土壤MFC的产电特性
6.2.2 土壤MFC中pH的变化
6.2.3 水溶态重金属在土壤MFC中的分布
6.3 三室土壤MFC对重金属的去除
6.3.1 外接电阻对重金属去除的影响
6.3.2 电极间距对重金属去除的影响
6.4 土壤MFC去除重金属机理分析
6.4.1 重金属在土壤MFC电场作用下的迁移
6.4.2 阴极还原作用对重金属的去除
6.5 本章小结
第七章 结论和建议
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]太原市小店污灌区地下水中多环芳烃与有机氯农药污染特征及分布规律[J]. 李佳乐,张彩香,王焰新,廖小平,姚林林,刘敏,徐亮. 环境科学. 2015(01)
[2]外阻对天然水体中沉积型微生物燃料电池（SMFC）运行特性的影响[J]. 朱荣,任月萍,李秀芬,游晓伟,牟姝君. 环境化学. 2014(05)
[3]3种表面活性剂对有机氯农药污染场地土壤的增效洗脱修复效应[J]. 田齐东,王国庆,赵欣,林玉锁. 生态与农村环境学报. 2012(02)
[4]湘江重金属污染现状、污染原因分析与对策探讨[J]. 刘耀驰,高栗,李志光,刘素琴,黄可龙,李倦生. 环境保护科学. 2010(04)
[5]重金属-有机复合污染土壤的电动强化修复研究[J]. 樊广萍,仓龙,徐慧,周东美,周立祥. 农业环境科学学报. 2010(06)
[6]填料型微生物燃料电池产电特性的研究[J]. 梁鹏,范明志,曹效鑫,黄霞,黄正宏,王诚. 环境科学. 2008(02)
[7]六氯苯污染底泥的电动力学修复[J]. 解清杰,何佳,黄卫红,陆晓华. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(06)
[8]污染土壤化学修复技术研究与进展[J]. 于颖,周启星. 环境污染治理技术与设备. 2005(07)
硕士论文
[1]微生物燃料电池的基础研究[D]. 徐伟.扬州大学 2007
本文编号：3149837
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 土壤污染现状
1.1.1 有机污染物的危害及污染现状
1.1.2 重金属的危害及污染现状
1.2 污染土壤修复技术概况
1.2.1 污染土壤的植物修复
1.2.2 污染土壤的微生物修复
1.2.3 污染土壤的化学修复
1.2.4 污染土壤的电动修复
1.2.5 污染土壤的物理修复
1.3 MFC技术研究概况
1.3.1 MFC的基本原理
1.3.2 影响MFC产电性能的主要因素
1.4 MFC去除典型污染物的研究进展
1.4.1 MFC去除易降解有机物的研究进展
1.4.2 MFC去除难降解有机物的研究进展
1.4.3 MFC去除重金属的研究进展
1.5 研究目的、内容及技术路线
1.5.1 研究目的和意义
1.5.2 研究内容
1.5.3 课题来源
第二章 实验材料与方法
2.1 土壤MFC的构建与启动
2.1.1 土壤MFC的构建
2.1.2 土壤MFC的启动
2.2 难降解有机物
2.2.1 六氯苯
2.2.2 阿特拉津
2.3 测定项目与方法
2.3.1 难降解有机物污染土壤的制备
2.3.2 电化学性能评价方法
2.3.3 难降解有机物的测定
2.3.4 重金属的测定
2.4 微生物学分析方法
第三章 土壤MFC产电性能分析
3.1 实验设置
3.2 缓冲液浓度对土壤MFC产电的影响
3.2.1 缓冲液浓度对土壤MFC电压输出的影响
3.2.2 缓冲液浓度对土壤MFC极化曲线的影响
3.3 外接电阻对土壤MFC产电的影响
3.3.1 外接电阻对土壤MFC输出电压的影响
3.3.2 外接电阻对土壤MFC极化曲线的影响
3.3.3 阴、阳极极化曲线图
3.4 电极间距对土壤MFC产电的影响
3.4.1 电极间距对土壤MFC电压输出的影响
3.4.2 电极间距对土壤MFC极化曲线的影响
3.4.3 阴、阳极极化曲线图
3.5 难降解有机物负荷对土壤MFC产电的影响
3.5.1 阿特拉津的初始浓度对土壤MFC电压输出的影响
3.5.2 阿特拉津的初始浓度对土壤MFC极化曲线的影响
3.5.3 阴、阳极极化曲线图
3.6 本章小结
第四章 难降解有机物在土壤MFC中的去除特性
4.1 实验设置
4.2 HCB在土壤MFC中的降解特性
4.3 表面活性剂SDS对HCB去除的影响
4.4 外接电阻对难降解有机物去除特性的影响
4.4.1 HCB的去除
4.4.2 阿特拉津的去除
4.5 污染物负荷对难降解有机物去除的影响
4.5.1 HCB的去除
4.5.2 阿特拉津的去除
4.6 电极间距对难降解有机物去除的影响
4.6.1 HCB的去除
4.6.2 阿特拉津的去除
4.7 缓冲液浓度对难降解有机物去除的影响
4.8 复合污染条件下土壤MFC对难降解有机物去除特性分析
4.9 本章小结
第五章 难降解有机物在土壤MFC中的去除机理分析
5.1 实验设置
5.2 难降解有机物在土壤MFC不同土壤层中的去除
5.2.1 HCB在不同土壤层中的去除
5.2.2 阿特拉津在不同土壤层中的去除
5.2.3 复合污染条件下HCB和阿特拉津在不同土壤层中的去除
5.3 土壤MFC中微生物群落结构分析
5.4 土壤MFC产电与难降解有机物去除之间的关系
5.5 本章小结
第六章 土壤MFC去除重金属铜的研究
6.1 实验设置
6.2 重金属在单室无膜土壤MFC中的迁移特性
6.2.1 土壤MFC的产电特性
6.2.2 土壤MFC中pH的变化
6.2.3 水溶态重金属在土壤MFC中的分布
6.3 三室土壤MFC对重金属的去除
6.3.1 外接电阻对重金属去除的影响
6.3.2 电极间距对重金属去除的影响
6.4 土壤MFC去除重金属机理分析
6.4.1 重金属在土壤MFC电场作用下的迁移
6.4.2 阴极还原作用对重金属的去除
6.5 本章小结
第七章 结论和建议
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]太原市小店污灌区地下水中多环芳烃与有机氯农药污染特征及分布规律[J]. 李佳乐,张彩香,王焰新,廖小平,姚林林,刘敏,徐亮. 环境科学. 2015(01)
[2]外阻对天然水体中沉积型微生物燃料电池（SMFC）运行特性的影响[J]. 朱荣,任月萍,李秀芬,游晓伟,牟姝君. 环境化学. 2014(05)
[3]3种表面活性剂对有机氯农药污染场地土壤的增效洗脱修复效应[J]. 田齐东,王国庆,赵欣,林玉锁. 生态与农村环境学报. 2012(02)
[4]湘江重金属污染现状、污染原因分析与对策探讨[J]. 刘耀驰,高栗,李志光,刘素琴,黄可龙,李倦生. 环境保护科学. 2010(04)
[5]重金属-有机复合污染土壤的电动强化修复研究[J]. 樊广萍,仓龙,徐慧,周东美,周立祥. 农业环境科学学报. 2010(06)
[6]填料型微生物燃料电池产电特性的研究[J]. 梁鹏,范明志,曹效鑫,黄霞,黄正宏,王诚. 环境科学. 2008(02)
[7]六氯苯污染底泥的电动力学修复[J]. 解清杰,何佳,黄卫红,陆晓华. 华中科技大学学报(自然科学版). 2006(06)
[8]污染土壤化学修复技术研究与进展[J]. 于颖,周启星. 环境污染治理技术与设备. 2005(07)
硕士论文
[1]微生物燃料电池的基础研究[D]. 徐伟.扬州大学 2007
本文编号：3149837
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