MFC处理实际垃圾渗滤液脱氮及产电研究

发布时间：2017-07-18 04:05

  本文关键词：MFC处理实际垃圾渗滤液脱氮及产电研究

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【摘要】：垃圾渗滤液作为一类难降解的高氨氮有机废水,其处理和资源化利用一直是这一领域研究的热点。微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)是最近迅速发展起来的新型资源化处理技术,它结合了生物和电化学的方法,利用微生物的降解作用可直接将污染物转化为电能,实现污染物去除的同时产电。将MFC用于垃圾渗滤液的处理与资源化具有实际意义。本文通过构建两瓶型微生物燃料电池,研究间歇进水和连续进水方式下,运行条件和停留时间对MFC有机物及氮的处理效率及产电情况的影响,以及该过程中阳极氮的去除途径。同时为了提高脱氮效率,研究MFC阳极厌氧氨氧化脱氮的可行性。本研究的结果如下：1.新鲜渗滤液不同进水浓度下MFC产电及脱氮除碳研究以新鲜渗滤液(COD浓度16000 mg/L)为阳极底物,逐步提高渗滤液所占比例(10%-100%),对产电微生物进行富集。随着渗滤液浓度的提高,输出电压呈现先上升后下降的趋势,并且当渗滤液体积分数为60%(COD浓度为9040mg/L)时达到最大输出电压(421.30 mV),此时最大输出功率密度为1.10 W/m3。但实验中库伦效率最大仅为21_31%,表明实验中消耗的有机物用于产电所占的比例较低。MFC在COD的去除效率方面也呈现先升后降,最高为90.60%；而氨氮去除率却呈下降趋势,最高仅为59.13%。结果表明高浓度的渗滤液在碳和氮的去除率方面低于中低浓度,浓度的提高不利于污染物的去除。2.连续处理高浓度新鲜渗滤液时MFC产电及脱氮除碳研究以高浓度新鲜渗滤液为阳极底物,MFC连续处理高浓度垃圾渗滤液(COD浓度为16000 mg/L)时,当停留时间为3-6 d时可实现持续产电,且COD和NH4+-N的去除率相对较高。当停留时间为7 d时,采用问歇进水的方式时输出电压最大为361.50 mV, COD和NH4+-N的去除率分别为49.51%和16.84%；而采用连续进水方式时最大输出电压为362.20 mV, COD和NH4+-N的去除率分别为54.52%和19.73%。统计分析后,显示不同进水方式对COD和NH4+-N的去除率有显著性差异(P0.05),但输出电压没有显著差异(P0.05)。虽然进水方式对输出电压的影响效果不明显,但连续进水相比间歇进水可以实现长期持续产电(6 d)。在过程中,进一步研究了阳极NH4+-N的去除途径发现75.34%的阳极NH4+-N扩散到阴极,另一部分的氨氮通过其他形式转化去除,该结果表明该过程中的阳极NH4+-N并没有得到有效去除,而是转移到了阴极。3.MFC反应器阳极厌氧氨氧产电及脱氮性能研究为提高MFC的脱氮效果,分别采用人工配制废水和晚期垃圾渗滤液为阳极底物,研究了反应器厌氧氨氧化产电及其脱氮可行性。结果表明当采用人工配制废水时,输出电压呈现先升后降的趋势,并且当NH4+-N浓度为240 mg/L时,输出电压、NH4+-N、NO2--N、TN去除率同时达到最大,分别为153.40 mV、81.32%、84.13%、78.62%,此时最大输出功率密度为130.71 mW/m3。当采用晚期垃圾渗滤液时,输出电压趋势与人工配制废水相似,但各自达到最大输出电压的NH4+-N浓度有所不同。且当NH4+-N浓度为200 mg/L时,其输出电压、NH4+-N、NO2--N、TN的去除率同时达到最大,分别为206.80 mV,65.82%、89.41%、66.73%,此时最大输出功率密度为237.62 mW/m3。结果显示,晚期垃圾渗滤液的产电情况要优于人工配制废水,其原因可能在于晚期垃圾渗滤液的电导率要高于人工配制废水,使得其传递电子的能力较高,降低了活化内阻。在脱氮效率方面,以配水为阳极底物时在NH4+-N和TN去除率方面高于渗滤液,原因在于渗滤液的水质较为复杂,且含有低浓度的有机物,对氨氮氧化产生抑制作用,进一步对厌氧氨氧化产生影响,使得其对NH4+-N的去除率较低。但在NO2--N去除率方面与之相反,其原因可能是N02--N去除率除了一部分用于厌氧氨氧化外,渗滤液中还含有低浓度的有机物,另一部分有机物与亚硝酸盐发生反硝化反应,消耗部分亚硝酸盐,使得渗滤液的N02--N去除率要高于配水。从反应过程中的消耗NO2--N/消耗NH4+-N与产生N03-N／消耗NH4+-N的比值来看配水的比值均比渗滤液与理论值接近,说明配水的厌氧氨氧化要强于渗滤液,这也是配水的脱氮效率要高于渗滤液的原因之一。本研究首次通过接种厌氧氨氧化污泥将厌氧氨氧化与MFC阳极处理实际垃圾渗滤液相结合,证实了MFC可以实现阳极厌氧氨氧化脱氮,但在脱氮效率及产电能力方面有待进一步提高。
【关键词】：MFC 渗滤液 产电 除碳脱氮 厌氧氨氧化
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 研究目的及意义13-14
• 1.2 微生物燃料电池的研究现状14-25
• 1.2.1 MFC概述14-19
• 1.2.2 MFC处理垃圾渗滤液研究现状19-21
• 1.2.3 MFC脱氮研究现状21-25
• 1.3 本文研究内容和路线25-27
• 1.3.1 研究内容25-26
• 1.3.2 研究路线26-27
• 第2章 实验材料与方法27-33
• 2.1 实验试剂与仪器27-29
• 2.1.1 实验试剂27-28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 MFC实验装置与材料29-31
• 2.2.1 实验装置29-30
• 2.2.2 实验材料的选择与制备30-31
• 2.2.3 垃圾渗滤液31
• 2.3 分析方法31-33
• 2.3.1 水质分析31
• 2.3.2 电学分析31-33
• 第3章 MFC处理不同浓度新鲜渗滤液产电及除碳脱氮研究33-47
• 3.1 前言33
• 3.2 试验内容33-34
• 3.3 试验结果与讨论34-45
• 3.3.1 MFC处理不同浓度渗滤液的产电及除碳脱氮性能研究34-41
• 3.3.2 MFC连续处理高浓度渗滤液的产电及除碳脱氮性能研究41-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 MFC处理老龄渗滤液阳极厌氧氨氧化脱氮产电的研究47-62
• 4.1 前言47
• 4.2 试验内容47-48
• 4.3 试验结果与讨论48-60
• 4.3.1 MFC脱氮的产电性能分析及讨论48-52
• 4.3.2 MFC的脱氮效果分析及讨论52-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 结论与建议62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 后续研究建议63-64
• 参考文献64-70
• 附录70-71
• 致谢71

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本文编号：555909