碳纤维基催化电极膜的制备及生物电化学系统水处理性能研究

发布时间：2021-08-29 07:11

　　生物电化学系统（BES）是近年发展起来的新兴污水处理技术,该技术既能实现污染物的降解,又可实现电能的输出,其生物阳极的产电水平受制于阴极的催化性能。虽然BES产电水平不高,但其能利用污染物产电,实现驱动和催化废水的自身净化。目前国内外对BES的研究已取得丰硕的科研成果,但该技术仍存在一些问题,如出水水质较差,材料成本高、产电系统的价值提升等难题亟待解决。本研究尝试拓展新型电极膜功能,既用作BES的阴极,又兼做MBR过滤介质,在降低系统成本的同时,实现生物产电、自生内电场驱动下的废水自净化、自主控制膜污染,最大限度发挥耦合系统电极膜催化过滤效益和经济效益。本研究从新型电极材料的研制出发,制备了两种不同碳纤维基催化电极膜,在新型BES中开展电极膜对污染物的去除性能及产电性能分析研究;尝试用石英砂、锰砂、活性炭填料层来替代离子交换膜,用空塔被动界面复氧方式提升水体溶解氧水平,采用节能方式减少曝气能耗,降低设备成本和处理成本;用耦合铝阳极絮凝作用,提高污染物处理效果,实现了材料成本降低、出水水质提升的目标。具体研究结果包括:（1）以碳纤维布为基底,在聚偏氟乙烯（PVDF）铸膜液中掺杂氧化石墨烯... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２外加微电场控制膜污染机理［５８］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｏｕｌｉｎｇ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?［５８］??

碳纤维基催化电极膜的制备及生物电化学系统水处理性能研究水质仍有待改善。??膜法工艺在当前废水处理中因优质的出水已成为主流工艺，将ＭＦＣ与膜法进行是提高ＭＦＣ出水水质的一种高效方法，同时ＭＦＣ自生的内电场还可对膜污染有显缓解作用，两者可实现优势互补［９４＂％１。图１．４［３７，９７１是该种典型耦合反应器结构。Ｋｉｍ人［９８］将超滤（ＵＦ）技术与ＭＦＣ进行技术耦合组成ＵＦ－ＭＦＣ系统，超滤膜在制备过涂覆一层聚多巴胺，实现了膜面改性，改性后的超滤膜表面接触角显著减小，同时显??负电性；电化学阻抗分析显示膜表面电荷转移阻力明显降低。ＭＦＣ自生的微电场Ｆ膜表面污染物具有显著的电荷排斥，尤其ＥＰＳ等膜污染的主要因子含量显著降低。??验结果表明ＭＦＣ与ＵＦ膜技术耦合可显著改善膜表面污染情况，提高系统运行周期??膜使用寿命。??ｅ．?ｅ＿??

?大连理工大学博士学位论文???ＭＢＲ是膜法工艺与活性污泥法耦合的创新工艺，作为废水处理工艺中的高效技术，??因出水水质优、性能稳定而获得了广泛的推广近年来，已有报道将ＭＦＣ与ＭＢＲ??进行技术结合组成ＭＦＣ／ＭＢＲ耦合型ＢＥＳ处理不同废水，ＭＢＲ通常被用作膜阴极，这??种结构设计深受研究者的青睐，典型构型如图１．５所示Ｗａｎｇ等人［３７］开发设计了??一个实用性较强的ＭＦＣ／ＭＢＲ耦合型ＢＥＳ处理综合废水，该系统中ＭＢＲ也被用作ＭＦＣ??的生物阴极室，采用易于生物生长的碳毡作为系统阴极，自制的活性炭纤维丝作为系统??阳极。为进一步降低系统运行成本，系统采用７４?孔径的尼龙网作为ＭＢＲ过滤材料，??膜组件有效过滤面积达１０００?ｃｍ２。ＭＦＣ的阳极室浸没在ＭＢＲ内，两室间采用无纺布替??代传统的ＰＥＭ进行分隔，防止ＤＯ渗透至阳极室。阳极室容积仅为８０?ｍＬ，?ＭＢＲ／阴极??室容积为２０?Ｌ。试验结果表明该耦合系统能实现稳定的电流输出，平均输出电流为１．９±??０．４?ｍＡ。该系统连续运行达４０多天，最大功率密度为６?Ｗｍ－３，?ＣＯＤ去除效率近９０％〇??Ｖａｃｕｕｍａｕｅ?Ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃｕｍ


本文编号：3370160