产电型复合垂直流人工湿地对猪场废水的净化效能及其机理研究
发布时间：2023-10-29 16:39
猪场废水是一种典型的高浓度有机废水,在某些地区的排放量甚至超过了工业污水和生活污水,同时也是我国农业面源污染的重要源头之一,它的合理化处置和资源化潜能利用也一直是国内外研究的难点和热点。本文利用微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)技术的污染物降解和同步产电特性,以及与人工湿地(constructed wetland,CW)在结构上耦合的有利优势,构建了人工湿地—微生物燃料电池系统(Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,CW-MFC)。并在对比传统垂直流人工湿地—微生物燃料电池运行效能的基础上,将系统单一流向优势于结构上进行融合,首次设计、构建并运行了一种全新的复合垂直流人工湿地—微生物燃料电池集成系统(Integrated Vertical Flow Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,IVCW-MFC),并将实际猪场废水作为目标底物进行长期连续运行,成功的实现了污水处理效果的强化和同步产电性能的提升。与此同时,针对系统在抗负荷冲击、昼夜交替、外接电阻等外部条件变化情况下,...
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 能源现状
1.1.2 猪场废水的特征及危害
1.1.3 猪场废水的传统处理技术
1.2 人工湿地技术
1.2.1 人工湿地的概述
1.2.2 人工湿地系统的污染物去除机理
1.2.3 人工湿地去除污染物的影响因素
1.3 微生物燃料电池技术
1.3.1 微生物燃料电池的基本原理
1.3.2 微生物燃料电池的分类
1.3.3 微生物燃料电池的研究现状
1.3.4 湿地型-微生物燃料电池技术的研究进展
1.4 本文研究目的、意义、内容和技术路线
1.4.1 研究目的和意义
1.4.2 研究的主要内容
1.4.3 技术路线
第二章 实验材料与方法
2.1 CW-MFC系统的构建
2.1.1 VFCW-MFC的构建
2.1.2 IVCW-MFC的构建
2.2 试验仪器和材料
2.3 系统的接种与启动
2.4 常规检测项目及方法
2.4.1 化学需氧量
2.4.2 氨氮
2.4.3 硝酸盐氮
2.4.4 总氮
2.4.5 亚硝酸盐氮
2.4.6 总磷
2.4.7 溶解氧值
2.4.8 pH值
2.5 电化学性能评价方法(电化学测试及评价方法)
2.5.1 电压、电流、电流密度
2.5.2 极化曲线
2.5.3 功率和功率密度
2.5.4 库伦效率和总电荷量
2.5.5 内阻
2.6 微生物学分析和材料表征方法
2.6.1 MiSeq高通量测序技术
2.6.2 扫描电镜
第三章 产电型人工湿地的构建与效能研究
3.1 VFCW-MFC的废水处理及同步产电
3.1.1 材料与方法
3.1.2 VFCW-MFC对 COD的去除特性
3.1.3 VFCW-MFC的脱氮特征
3.1.4 VFCW-MFC的同步产电特性
3.2 IVCW-MFC的开发及性能研究
3.2.1 材料与方法
3.2.2 IVCW-MFC对 COD的去除效果
3.2.3 IVCW-MFC的强化脱氮特征
3.2.4 IVCW-MFC的同步产电特征
3.3 CW-MFC结构对污染物去除和产电的影响
3.3.1 污染物去除的差异
3.3.2 产电效能的差异
3.4 本章小结
第四章 IVCW-MFC处理实际猪场废水研究
4.1 材料与方法
4.2 猪场废水中COD的去除特性
4.3 IVCW-MFC对猪场废水中脱氮性能的强化
4.4 IVCW-MFC对猪场废水中磷的去除
4.5 IVCW-MFC的长期产电特征
4.6 电极生物膜的形成
4.7 昼夜变化对产电的影响
4.8 外电阻变化对产电及污染物去除的影响
4.9 本章小结
第五章 IVCW-MFC微生物结构及功能微生物解析
5.1 材料与方法
5.1.1 样品采集
5.1.2 样品处理与检测
5.1.3 数据分析
5.2 IVCW-MFC系统中微生物群落的群落差异性分析
5.2.1 微生物群落丰度与多样性分析
5.2.2 微生物群落层次聚类分析
5.2.3 微生物群落结构分析
5.2.4 微生物群落差异性分析
5.2.5 微生物功能预测分析
5.3 季节变化的微生物群落差异性分析
5.3.1 微生物群落丰度与多样性分析
5.3.2 微生物群落结构及差异性分析
5.3.3 微生物功能预测分析
5.4 产电功能菌属分析
5.5 污染物去除功能菌属分析
5.6 微生物群落演替与环境互作分析
5.7 本章小结
第六章 植物对IVCW-MFC净化猪场废水及同步产电的影响研究
6.1 材料与方法
6.1.1 装置运行
6.1.2 根系分泌物分析
6.2 不同植物对猪场废水的净化效果
6.2.1 DO浓度分布差异
6.2.2 根系分泌物特性分析
6.2.3 COD去除效果
6.2.4 氮去除效果
6.3 不同植物对IVCW-MFC系统的产电性能影响
6.4 不同植物IVCW-MFC系统的微生物群落结构解析
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3858458
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 能源现状
1.1.2 猪场废水的特征及危害
1.1.3 猪场废水的传统处理技术
1.2 人工湿地技术
1.2.1 人工湿地的概述
1.2.2 人工湿地系统的污染物去除机理
1.2.3 人工湿地去除污染物的影响因素
1.3 微生物燃料电池技术
1.3.1 微生物燃料电池的基本原理
1.3.2 微生物燃料电池的分类
1.3.3 微生物燃料电池的研究现状
1.3.4 湿地型-微生物燃料电池技术的研究进展
1.4 本文研究目的、意义、内容和技术路线
1.4.1 研究目的和意义
1.4.2 研究的主要内容
1.4.3 技术路线
第二章 实验材料与方法
2.1 CW-MFC系统的构建
2.1.1 VFCW-MFC的构建
2.1.2 IVCW-MFC的构建
2.2 试验仪器和材料
2.3 系统的接种与启动
2.4 常规检测项目及方法
2.4.1 化学需氧量
2.4.2 氨氮
2.4.3 硝酸盐氮
2.4.4 总氮
2.4.5 亚硝酸盐氮
2.4.6 总磷
2.4.7 溶解氧值
2.4.8 pH值
2.5 电化学性能评价方法(电化学测试及评价方法)
2.5.1 电压、电流、电流密度
2.5.2 极化曲线
2.5.3 功率和功率密度
2.5.4 库伦效率和总电荷量
2.5.5 内阻
2.6 微生物学分析和材料表征方法
2.6.1 MiSeq高通量测序技术
2.6.2 扫描电镜
第三章 产电型人工湿地的构建与效能研究
3.1 VFCW-MFC的废水处理及同步产电
3.1.1 材料与方法
3.1.2 VFCW-MFC对 COD的去除特性
3.1.3 VFCW-MFC的脱氮特征
3.1.4 VFCW-MFC的同步产电特性
3.2 IVCW-MFC的开发及性能研究
3.2.1 材料与方法
3.2.2 IVCW-MFC对 COD的去除效果
3.2.3 IVCW-MFC的强化脱氮特征
3.2.4 IVCW-MFC的同步产电特征
3.3 CW-MFC结构对污染物去除和产电的影响
3.3.1 污染物去除的差异
3.3.2 产电效能的差异
3.4 本章小结
第四章 IVCW-MFC处理实际猪场废水研究
4.1 材料与方法
4.2 猪场废水中COD的去除特性
4.3 IVCW-MFC对猪场废水中脱氮性能的强化
4.4 IVCW-MFC对猪场废水中磷的去除
4.5 IVCW-MFC的长期产电特征
4.6 电极生物膜的形成
4.7 昼夜变化对产电的影响
4.8 外电阻变化对产电及污染物去除的影响
4.9 本章小结
第五章 IVCW-MFC微生物结构及功能微生物解析
5.1 材料与方法
5.1.1 样品采集
5.1.2 样品处理与检测
5.1.3 数据分析
5.2 IVCW-MFC系统中微生物群落的群落差异性分析
5.2.1 微生物群落丰度与多样性分析
5.2.2 微生物群落层次聚类分析
5.2.3 微生物群落结构分析
5.2.4 微生物群落差异性分析
5.2.5 微生物功能预测分析
5.3 季节变化的微生物群落差异性分析
5.3.1 微生物群落丰度与多样性分析
5.3.2 微生物群落结构及差异性分析
5.3.3 微生物功能预测分析
5.4 产电功能菌属分析
5.5 污染物去除功能菌属分析
5.6 微生物群落演替与环境互作分析
5.7 本章小结
第六章 植物对IVCW-MFC净化猪场废水及同步产电的影响研究
6.1 材料与方法
6.1.1 装置运行
6.1.2 根系分泌物分析
6.2 不同植物对猪场废水的净化效果
6.2.1 DO浓度分布差异
6.2.2 根系分泌物特性分析
6.2.3 COD去除效果
6.2.4 氮去除效果
6.3 不同植物对IVCW-MFC系统的产电性能影响
6.4 不同植物IVCW-MFC系统的微生物群落结构解析
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
本文编号：3858458
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/3858458.html
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