生物阴极MFC处理中高浓度生活污水研究

发布时间：2023-10-27 18:34

　　在现今能源紧缺、环境污染严重的大前提下，以生物质发电技术为核心的微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)越来越受到人们的关注，微生物燃料电池独特的产电、去污两种特性，是它成为众多研究者关注的主要原因。 实验充分考虑了已有的微生物燃料电池结构、类型，比较其优缺点，设计了一种以生活污水为电解液的双室生物阴极MFC。课题以间歇式、连续流两种进水方式运行MFC为实验基础，考察了进水底物浓度、水力停留时间的改变及质子在离子交换膜间扩散转移对电池性能的影响，并结合电化学、动力学等研究方法初步探讨了生物阴极MFC在处理生活污水、产电时的基础性能，并取得以下实验成果： 进水有机底物浓度对MFC的电压输出、功率密度具有明显的“饱和效应”，进水底物浓度越大，电池电压提升越慢，可以用经典的Monod方程来描述这一变化规律，实验得到了连续流时电压随进水COD浓度变化的Monod经验公式：V=132.1S94.34+S。相比间歇式来说，进水底物浓度相同时，连续流运行MFC有更好的水力紊动条件，电池的输出电压、功率密度及COD去除率都高于间歇式；并且在实验中得到最大的电压输出为118.6m...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 环境污染下新能源的发展
        1.1.1 能源危机与空气污染
        1.1.2 水污染现状
        1.1.3 污水的能源化利用
    1.2 微生物燃料电池技术
        1.2.1 MFC 的发展历程
        1.2.2 MFC 的工作原理
        1.2.3 产电细菌的电子转移机理
        1.2.4 生物阴极微生物燃料电池
    1.3 课题研究的目的和意义
    1.4 课题研究的内容
2 实验方法与材料
    2.1 生物阴极燃料电池的构建与启动
        2.1.1 反应器结构设计
        2.1.2 MFC 离子交换膜的选取
        2.1.3 材料预处理
        2.1.4 反应器的接种与启动
    2.2 数据的采集与方法
        2.2.1 电压采集
        2.2.2 实验化学参数分析方法
    2.3 MFC 的性能评价与计算
        2.3.1 极化曲线与功率密度曲线
        2.3.2 MFC 内阻的计算
        2.3.3 库伦效率
        2.3.4 COD 去除率
        2.3.5 MFC 的电位化学分析理论
3 间歇式进水 MFC 处理生活污水的性能研究
    3.1 MFC 的启动
    3.2 MFC 启动初期的运行特性
        3.2.1 阳极有机底物的变化规律
        3.2.2 MFC 的产电性能
    3.3 MFC 稳定运行期对生活污水的处理性能
        3.3.1 COD 去除效果及库仑效率
        3.3.2 电池输出电压
        3.3.3 功率密度
    3.4 无缓冲剂时 MFC 的 PH 值变化影响
        3.4.1 pH 值的变化对 MFC 的影响
        3.4.2 OH－在离子交换膜中的传质
    3.5 小结
4 连续流进水 MFC 处理生活污水的性能研究
    4.1 进水底物浓度对 MFC 的影响
        4.1.1 COD 去除率及电压输出
        4.1.2 输出电压 Monod 经验公式的建立
        4.1.3 功率密度与库仑效率
    4.2 最优水力停留时间选择
        4.2.1 不同 HRT 下 MFC 的产电性能
        4.2.2 有机物去除率
    4.3 PH 对 MFC 的影响变化比较
    4.4 小结
5 结论
致谢
参考文献



本文编号：3857051