微生物电化学系统在水处理杀菌、脱氮及一氧化碳生物传感器的研究
发布时间：2023-11-04 15:06
关于微生物电化学系统的研究在近十年来发展迅速。与传统的环境治理方法相比,生物能可以从废水有机物中获得能量或者化学品,获得高效的能源产出或是大幅降低环境治理能耗,是一种有潜力的“变废为宝”的技术。首先,本文从水净化的角度,将微生物电解池与芬顿反应结合,扩展出一种新型的应用——微生物电芬顿系统,以大肠杆菌为病原体模式菌,用于模拟水体消毒的过程。微生物电解消毒过程(Microbial Electrolytic Disinfection,MED)主要在系统的阴极发生。首先,阳极微生物将COD氧化降解,产生的电子通过外电路到达阴极将氧气还原,同时施加微弱的电压以促进并控制这个过程。氧气的不完全还原(双电子还原过程)能够在阴极生成过氧化氢,通过亚铁离子的激发产生一系列包括羟基自由基在内的活性基团,从而将大肠杆菌杀灭。本文研究发现,微生物电芬顿系统能够在一个小时之内将大肠杆菌的数量从107 CFU/mL降低至600 CFU/m L左右。此外,本实验还验证了外加电压、阴极曝气和亚铁盐的投加量对系统杀菌效果的影响。研究发现,在施加0.2 V的偏压时,阴极电位为-550 m V到-6...
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 MES的定义和基本原理
1.2.1 MFC简介
1.2.2 MEC简介
1.2.3 MES基本原理
1.3 MES发展应用以及研究现状
1.3.1 MES用于生物电合成有机／无机化学品
1.3.2 MES用于水体污染物的去除
1.3.3 微生物电传感器
1.3.4 废弃资源的回收利用
1.4 MES用于水体杀菌净化
1.5 MES反硝化
1.5.1 MES反硝化的原理
1.5.2 MES反硝化的研究现状
1.6 本论文研究目的以及主要研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 本文研究的研究路线
1.6.3 本文主要研究内容
第二章 微生物电芬顿系统用于水处理过程大肠杆菌消毒的研究
2.1 材料与方法
2.1.1 阳极产电菌接种物来源及预处理
2.1.2 实验装置
2.1.3 接种与启动
2.1.4 常规试验分析方法
2.1.5 扫描电镜前处理
2.1.6 大肠杆菌的来源及平板计数法
2.1.7 电-芬顿消毒试验设计
2.2 结果与讨论
2.2.1 微生物电芬顿系统对大肠杆菌的灭活作用可行性分析
2.2.2 外加电压对系统消毒作用的影响
2.2.3 阴极曝气量对系统消毒作用的影响
2.2.4 亚铁浓度对系统消毒作用的影响
2.2.5 生物电芬顿消毒的主要机理分析
2.3 本章小结
第三章 铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1作为生物阴极用于水处理反硝化的运行条件优化
3.1 材料与方法
3.1.1 菌种来源及培养方法
3.1.2 主要仪器
3.1.3 分析方法
3.1.4 实验计划
3.2 结果与讨论
3.2.1 P.aeruginosa CP1在电场刺激下的反硝化能力
3.3 Plackett–Burman实验
3.4 基于中心组合设计CCD的响应面实验
3.5 Lab-scaleMEC实验
3.6 本章小结
第四章 铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1在NO电化学还原过程中的电子传递作用
4.1 材料与方法
4.1.1 菌种来源及培养方法
4.1.2 菌体浓度测试
4.1.3 使用的气体来源
4.1.4 实验主要设备
4.1.5 玻碳电极的预处理
4.1.6 循环伏安分析方法
4.1.7 电化学阻抗谱的测试方法
4.1.8 一氧化氮和氧化亚氮的测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 铜绿假单胞菌在O2和NO电化学还原过程中的作用
4.2.2 NO生物电化学还原过程的电子传递途径分析
4.3 本章小结
第五章 基于微生物燃料电池制备一氧化碳毒性传感器
5.1 材料与方法
5.1.1 反应装置
5.1.2 铂/碳空气阴极的制备
5.1.3 接种和启动
5.1.4 一氧化碳传感器的运行测试
5.1.5 化学试剂与分析方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 CO生物电化学传感器的性能测试
5.2.2 CO生物电化学传感器的响应时间
5.2.3 CO生物电化学传感器的不足和应用前景
5.3 本章小结
结论与展望
1 本文的主要研究结论
2 本课题的主要创新点
3 展望和不足
3.1 展望
3.2 系统成本研究的不完善
3.3 实际应用的瓶颈
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3860539
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 MES的定义和基本原理
1.2.1 MFC简介
1.2.2 MEC简介
1.2.3 MES基本原理
1.3 MES发展应用以及研究现状
1.3.1 MES用于生物电合成有机／无机化学品
1.3.2 MES用于水体污染物的去除
1.3.3 微生物电传感器
1.3.4 废弃资源的回收利用
1.4 MES用于水体杀菌净化
1.5 MES反硝化
1.5.1 MES反硝化的原理
1.5.2 MES反硝化的研究现状
1.6 本论文研究目的以及主要研究内容
1.6.1 研究目的
1.6.2 本文研究的研究路线
1.6.3 本文主要研究内容
第二章 微生物电芬顿系统用于水处理过程大肠杆菌消毒的研究
2.1 材料与方法
2.1.1 阳极产电菌接种物来源及预处理
2.1.2 实验装置
2.1.3 接种与启动
2.1.4 常规试验分析方法
2.1.5 扫描电镜前处理
2.1.6 大肠杆菌的来源及平板计数法
2.1.7 电-芬顿消毒试验设计
2.2 结果与讨论
2.2.1 微生物电芬顿系统对大肠杆菌的灭活作用可行性分析
2.2.2 外加电压对系统消毒作用的影响
2.2.3 阴极曝气量对系统消毒作用的影响
2.2.4 亚铁浓度对系统消毒作用的影响
2.2.5 生物电芬顿消毒的主要机理分析
2.3 本章小结
第三章 铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1作为生物阴极用于水处理反硝化的运行条件优化
3.1 材料与方法
3.1.1 菌种来源及培养方法
3.1.2 主要仪器
3.1.3 分析方法
3.1.4 实验计划
3.2 结果与讨论
3.2.1 P.aeruginosa CP1在电场刺激下的反硝化能力
3.3 Plackett–Burman实验
3.4 基于中心组合设计CCD的响应面实验
3.5 Lab-scaleMEC实验
3.6 本章小结
第四章 铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1在NO电化学还原过程中的电子传递作用
4.1 材料与方法
4.1.1 菌种来源及培养方法
4.1.2 菌体浓度测试
4.1.3 使用的气体来源
4.1.4 实验主要设备
4.1.5 玻碳电极的预处理
4.1.6 循环伏安分析方法
4.1.7 电化学阻抗谱的测试方法
4.1.8 一氧化氮和氧化亚氮的测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 铜绿假单胞菌在O2和NO电化学还原过程中的作用
4.2.2 NO生物电化学还原过程的电子传递途径分析
4.3 本章小结
第五章 基于微生物燃料电池制备一氧化碳毒性传感器
5.1 材料与方法
5.1.1 反应装置
5.1.2 铂/碳空气阴极的制备
5.1.3 接种和启动
5.1.4 一氧化碳传感器的运行测试
5.1.5 化学试剂与分析方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 CO生物电化学传感器的性能测试
5.2.2 CO生物电化学传感器的响应时间
5.2.3 CO生物电化学传感器的不足和应用前景
5.3 本章小结
结论与展望
1 本文的主要研究结论
2 本课题的主要创新点
3 展望和不足
3.1 展望
3.2 系统成本研究的不完善
3.3 实际应用的瓶颈
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3860539
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