堆叠型生物电化学系统强化产电与有机污染物的转化降解
发布时间：2023-10-12 01:30
生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)是一种在污水处理的同时将污水中的有机物原位转化为电能的新型污水处理及能量回收技术。但是,目前传统BES的产电性能及污水处理效果仍然较低,阻碍了其实用化的发展。在本研究中,首先深入研究并比选两种电极构型:活性炭填充电极和碳刷复合碳网电极,以优选出适合BES放大的实用电极构型。在此基础上,构建新型高效的堆叠BES放大反应器以处理模拟生活污水,同时构建新型三电极腔体堆叠BES处理含硝基苯有机废水,从而实现了强化BES产电并提高有机污染物的转化降解。研究了活性炭填充阳极的吸附特性对BES产电性能影响,结果表明活性炭的吸附特性有利于降低阳极处理低浓度污水时的传质阻力,从而强化了BES的产电性能。另一方面,构建的碳刷复合碳网的复合阳极构型相比传统的碳刷或碳网阳极具有更高的电化学活性及输出功率密度,试验结果表明复合阳极中的碳网有利于减少氧气对阳极的侵害从而提高了BES的库伦效率及产电稳定性。综合比较活性炭填充阳极和复合阳极的结果表明,活性炭填充阳极具有更高的产电性能(612mW/m2)及更低的材料成本,...
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 生物电化学系统
1.2.1 生物电化学系统的基本原理及组成
1.2.2 生物电化学系统的功能应用及研究进展
1.2.3 影响生物电化学系统性能及应用的关键因素
1.3 生物电化学系统的电极材料及构型
1.3.1 常用的电极材料及构型
1.3.2 活性炭填充电极的研究进展
1.3.3 石墨刷电极的研究进展
1.4 生物电化学系统的反应器构型
1.4.1 常用的BES反应器构型
1.4.2 堆叠式BES放大反应器的研究现状
1.5 生物电化学系统处理难降解有机废水
1.5.1 常见的难降解有机污染物的处理工艺
1.5.2 生物电化学系统对难降解有机污染物的处理工艺
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 吸附性填充型阳极强化生物电化学系统的产电性能
2.1 引言
2.2 试验材料和方法
2.2.1 反应器的构建与组装
2.2.2 反应器的接种与溶液
2.2.3 反应器的启动与运行
2.2.4 测试及分析方法
2.3 GAC-BES与GG-BES的产电性能
2.3.1 不同运行条件下的输出电流
2.3.2 产电稳定性
2.4 GAC-BES与GG-BES的内阻分析
2.4.1 BES的总内阻
2.4.2 各内阻阻力构成分析
2.5 阳极生物量分析
2.6 活性炭吸附特性强化BES产电性能的机理分析
2.6.1 GAC与GG的吸附性能
2.6.2 活性炭吸附特性强化产电性能的机理
2.7 本章小结
第3章 石墨刷复合碳网阳极生物电化学系统的产电性能与污水处理效果
3.1 引言
3.2 试验材料和方法
3.2.1 BES及复合阳极的构建
3.2.2 BES的启动与运行
3.2.3 测试及分析方法
3.3 复合阳极BES的启动及产电性能
3.3.1 三种阳极BES的启动性能
3.3.2 复合阳极BES的产电性能
3.4 复合阳极的电化学性能
3.5 复合阳极LBES的产电性能
3.5.1 不同HRT下的产电性能
3.5.2 连续流LBES与序批流BES的性能比较
3.6 复合阳极LBES的污染物去除效果与库伦效率
3.6.1 LBES的COD去除效果
3.6.2 LBES的库伦效率
3.7 活性炭填充阳极与复合阳极的比选
3.8 本章小结
第4章 新型堆叠式生物电化学系统的产电与污水处理效果
4.1 引言
4.2 试验材料和方法
4.2.1 新型SBES的设计与搭建
4.2.2 SBES的接种与溶液
4.2.3 SBES的启动与运行
4.2.4 测试及分析方法
4.3 序批流下SBES的产电性能
4.3.1 SBES及各BES单体的产电性能
4.3.2 长期运行后产电性能的变化
4.4 并联电路下的电流反向现象及产生机理
4.4.1 不同外阻下各BES单体的输出电流
4.4.2 反向电流的产生机理
4.4.3 反向电流对SBES性能的影响
4.5 序批流下SBES的污染物去除性能及库伦效率
4.6 连续流下SBES的产电及污染物去除性能
4.7 连续流下各阳极腔室的性能
4.7.1 产电及污染物去除性能
4.7.2 堵塞情况分析
4.8 SBES在连续流与序批流下的性能比较
4.9 本章小结
第5章 三电极堆叠式生物电化学系统处理含硝基苯有机废水
5.1 引言
5.2 试验材料和方法
5.2.1 堆叠BES的设计与搭建
5.2.2 BES的接种与溶液
5.2.3 BES的启动与运行
5.2.4 测试及分析方法
5.3 序批流下硝基苯还原阴极及降解阳极的性能
5.3.1 硝基苯在厌氧阴极中的还原转化效果
5.3.2 苯胺等有机物在阳极中的降解性能
5.4 连续流下各BES电极对污染物的去除性能
5.4.1 厌氧生物阴极对污染物的还原去除性能
5.4.2 阳极对污染物的降解去除性能
5.4.3 好氧生物阴极对污染物的去除性能
5.5 各BES的电化学性能
5.5.1 各BES电极电势及电对的电化学性能
5.5.2 对污染物去除效果的影响
5.6 恒定电路转换为暂态电路后堆叠BES的性能变化
5.6.1 各电极电势及电对的电化学性能变化
5.6.2 污染物去除效果的变化
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：3853182
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 生物电化学系统
1.2.1 生物电化学系统的基本原理及组成
1.2.2 生物电化学系统的功能应用及研究进展
1.2.3 影响生物电化学系统性能及应用的关键因素
1.3 生物电化学系统的电极材料及构型
1.3.1 常用的电极材料及构型
1.3.2 活性炭填充电极的研究进展
1.3.3 石墨刷电极的研究进展
1.4 生物电化学系统的反应器构型
1.4.1 常用的BES反应器构型
1.4.2 堆叠式BES放大反应器的研究现状
1.5 生物电化学系统处理难降解有机废水
1.5.1 常见的难降解有机污染物的处理工艺
1.5.2 生物电化学系统对难降解有机污染物的处理工艺
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 吸附性填充型阳极强化生物电化学系统的产电性能
2.1 引言
2.2 试验材料和方法
2.2.1 反应器的构建与组装
2.2.2 反应器的接种与溶液
2.2.3 反应器的启动与运行
2.2.4 测试及分析方法
2.3 GAC-BES与GG-BES的产电性能
2.3.1 不同运行条件下的输出电流
2.3.2 产电稳定性
2.4 GAC-BES与GG-BES的内阻分析
2.4.1 BES的总内阻
2.4.2 各内阻阻力构成分析
2.5 阳极生物量分析
2.6 活性炭吸附特性强化BES产电性能的机理分析
2.6.1 GAC与GG的吸附性能
2.6.2 活性炭吸附特性强化产电性能的机理
2.7 本章小结
第3章 石墨刷复合碳网阳极生物电化学系统的产电性能与污水处理效果
3.1 引言
3.2 试验材料和方法
3.2.1 BES及复合阳极的构建
3.2.2 BES的启动与运行
3.2.3 测试及分析方法
3.3 复合阳极BES的启动及产电性能
3.3.1 三种阳极BES的启动性能
3.3.2 复合阳极BES的产电性能
3.4 复合阳极的电化学性能
3.5 复合阳极LBES的产电性能
3.5.1 不同HRT下的产电性能
3.5.2 连续流LBES与序批流BES的性能比较
3.6 复合阳极LBES的污染物去除效果与库伦效率
3.6.1 LBES的COD去除效果
3.6.2 LBES的库伦效率
3.7 活性炭填充阳极与复合阳极的比选
3.8 本章小结
第4章 新型堆叠式生物电化学系统的产电与污水处理效果
4.1 引言
4.2 试验材料和方法
4.2.1 新型SBES的设计与搭建
4.2.2 SBES的接种与溶液
4.2.3 SBES的启动与运行
4.2.4 测试及分析方法
4.3 序批流下SBES的产电性能
4.3.1 SBES及各BES单体的产电性能
4.3.2 长期运行后产电性能的变化
4.4 并联电路下的电流反向现象及产生机理
4.4.1 不同外阻下各BES单体的输出电流
4.4.2 反向电流的产生机理
4.4.3 反向电流对SBES性能的影响
4.5 序批流下SBES的污染物去除性能及库伦效率
4.6 连续流下SBES的产电及污染物去除性能
4.7 连续流下各阳极腔室的性能
4.7.1 产电及污染物去除性能
4.7.2 堵塞情况分析
4.8 SBES在连续流与序批流下的性能比较
4.9 本章小结
第5章 三电极堆叠式生物电化学系统处理含硝基苯有机废水
5.1 引言
5.2 试验材料和方法
5.2.1 堆叠BES的设计与搭建
5.2.2 BES的接种与溶液
5.2.3 BES的启动与运行
5.2.4 测试及分析方法
5.3 序批流下硝基苯还原阴极及降解阳极的性能
5.3.1 硝基苯在厌氧阴极中的还原转化效果
5.3.2 苯胺等有机物在阳极中的降解性能
5.4 连续流下各BES电极对污染物的去除性能
5.4.1 厌氧生物阴极对污染物的还原去除性能
5.4.2 阳极对污染物的降解去除性能
5.4.3 好氧生物阴极对污染物的去除性能
5.5 各BES的电化学性能
5.5.1 各BES电极电势及电对的电化学性能
5.5.2 对污染物去除效果的影响
5.6 恒定电路转换为暂态电路后堆叠BES的性能变化
5.6.1 各电极电势及电对的电化学性能变化
5.6.2 污染物去除效果的变化
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：3853182
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3853182.html
