MFC耦合A~2/O工藝產(chǎn)電及污水處理性能研究

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)是利用污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電能的新型生物處理技術(shù)。為了使該技術(shù)能成功的應(yīng)用于實(shí)際的污水處理中,達(dá)到在處理生活污水的同時(shí)產(chǎn)生電能的目的,本文設(shè)計(jì)了一種MFC耦合A2/O工藝的反應(yīng)器,探索該耦合系統(tǒng)的啟動(dòng)情況和工藝參數(shù)的優(yōu)化,并且考察其對(duì)實(shí)際生活污水的處理效果和產(chǎn)電能力。經(jīng)過37天的馴化培養(yǎng),耦合系統(tǒng)成功啟動(dòng)。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)達(dá)到的最大平均輸出電壓為574mV,電池內(nèi)阻為381Ω,獲得的最大功率密度為0.0396 W·m-3。對(duì)污水的處理效果顯著,對(duì)COD的去除率達(dá)到92.9%,對(duì)氨氮去除率達(dá)到72.1%,NO2-N和NO3-N的積累量分別為4.41mg·L-1和16.41mg·L-。為了提高系統(tǒng)的產(chǎn)電性能和污水處理效率,考察不同的C/N對(duì)系統(tǒng)的產(chǎn)電電壓和污水處理效果的影響,C/N為4.2時(shí)可以取得最高的輸出電壓550mV,對(duì)COD去除率也最高,為96.1%-97.1%,但是對(duì)氨氮的去除率幾乎沒有影響。C/N為6時(shí)出水N02-N和N03-N的含量最小,分別為9.35mg·L-1和2.31mg·L-1,TN的去除率達(dá)到最大的57.9%。結(jié)果表明,C/N為4.2時(shí)耦合系統(tǒng)能達(dá)到最佳性能。HRT的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)表明,HRT越長輸出電壓越小,而COD和NH3-N的去除率越大,到20h以后COD的去除率基本不變,達(dá)到最大的98%,氨氮去除率達(dá)到90%以上。HRT為20h時(shí)出水N03-N的積累量最小為10mg·L-1左右,對(duì)TN的去除率最高為72.3%。綜合產(chǎn)電電壓和污水處理效果,在HRT為18h時(shí)耦合系統(tǒng)達(dá)到最佳性能?？疾炝薓FC耦合A2/O系統(tǒng)通入實(shí)際生活污水后的產(chǎn)電性能和污水處理效果。在第21天達(dá)到469mV的最大電壓,此時(shí)的系統(tǒng)內(nèi)阻為337Ω,獲得的最大功率密度為0.0310 W·m-3。耦合系統(tǒng)對(duì)實(shí)際污水的COD去除率最大為88.6%,對(duì)TN的去除率最大為78.5%,說明耦合系統(tǒng)對(duì)實(shí)際污水的處理效果顯著,同時(shí)產(chǎn)電性能比較可觀。對(duì)耦合系統(tǒng)的電極做掃描電鏡和群落結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)陰極和陽極上的微生物在種類和數(shù)量上存在較大差異,陽極富集有多種產(chǎn)電微生物,而陰極包含有豐度較高的反硝化菌。 【關(guān)鍵詞】：MFC耦合A~2/O 啟動(dòng) 碳氮比 水力停留時(shí)間 實(shí)際應(yīng)用
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;TM911.45
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 課題的研究背景及研究意義17-19
• 1.1.1 研究背景17-18
• 1.1.2 研究意義18-19
• 1.2 微生物燃料電池的簡介19-24
• 1.2.1 微生物燃料電池的原理19
• 1.2.2 微生物燃料電池的特點(diǎn)19-20
• 1.2.3 微生物燃料電池的影響因素20-21
• 1.2.3.1 反應(yīng)器構(gòu)型20
• 1.2.3.2 電極材料20-21
• 1.2.3.3 電池內(nèi)阻21
• 1.2.4 微生物燃料電池的實(shí)際應(yīng)用21-23
• 1.2.4.1 MFC處理有機(jī)化合物21-22
• 1.2.4.2 MFC處理生物質(zhì)22
• 1.2.4.3 MFC處理工業(yè)污水22-23
• 1.2.4.4 MFC作為厭氧消化的后處理23
• 1.2.5 微生物燃料電池的耦合工藝23-24
• 1.2.5.1 微生物燃料電池與膜生物反應(yīng)器耦合23
• 1.2.5.2 微生物燃料電池與厭氧流化床耦合23-24
• 1.2.5.3 類A~2/O和類A/O式微生物燃料電池24
• 1.3 A~2/O工藝介紹24-26
• 1.3.1 A~2/O工藝的原理24-25
• 1.3.2 A~2/O工藝的影響因素25-26
• 1.4 課題的研究目的、研究內(nèi)容和技術(shù)路線26-29
• 1.4.1 課題的研究目的26
• 1.4.2 課題的研究內(nèi)容26-27
• 1.4.3 課題的技術(shù)路線27-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法29-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置和材料29-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)29-30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品30-31
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.1.4 實(shí)驗(yàn)用水31-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法32-36
• 2.2.1 反應(yīng)器的啟動(dòng)32-33
• 2.2.2 碳氮比對(duì)系統(tǒng)的影響33
• 2.2.3 水力停留時(shí)間對(duì)系統(tǒng)的影響33
• 2.2.4 系統(tǒng)處理實(shí)際生活污水的實(shí)驗(yàn)33
• 2.2.5 電極鏡檢分析33-34
• 2.2.5.1 掃描電鏡電極樣品的制備33-34
• 2.2.5.2 掃描電鏡的操作步驟34
• 2.2.6 微生物群落分析34-36
• 2.2.6.1 產(chǎn)電微生物的收集34
• 2.2.6.2 樣品微生物DNA的提取34-35
• 2.2.6.3 DNA濃度的測定35
• 2.2.6.4 PCR擴(kuò)增、提純及測序35-36
• 2.3 分析項(xiàng)目及方法36-37
• 第三章 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的啟動(dòng)37-40
• 3.3 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的運(yùn)行40-43
• 3.3.1 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的功率密度40-41
• 3.3.2 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的污水處理效果41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 MFC耦合A~2/O工藝的參數(shù)優(yōu)化45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 進(jìn)水中不同碳氮比對(duì)MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的影響45-50
• 4.2.1 產(chǎn)電效果的對(duì)比45-46
• 4.2.2 對(duì)COD去除效果的影響46-47
• 4.2.3 對(duì)氨氮去除效果的影響47-48
• 4.2.4 不同C/N下出水中各種形態(tài)氮的變化情況48-50
• 4.3 不同的水力停留時(shí)間對(duì)MFC耦合A~2/O系統(tǒng)的影響50-55
• 4.3.1 產(chǎn)電效果的對(duì)比50-51
• 4.3.2 對(duì)COD去除效果的影響51-52
• 4.3.3 對(duì)氨氮去除效果的影響52-53
• 4.3.4 不同HRT下出水中各種形態(tài)氮的變化情況53-55
• 4.4 MFC耦合A~2/O系統(tǒng)處理實(shí)際污水的效果55-59
• 4.4.1 耦合系統(tǒng)處理實(shí)際污水時(shí)的產(chǎn)電效果56-57
• 4.4.2 耦合系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 掃描電鏡及微生物群落分析61-69
• 5.1 引言61
• 5.2 耦合系統(tǒng)電極的掃描電鏡分析61-62
• 5.3 微生物群落研究62-68
• 5.3.1 DNA提取液的純度和濃度62-63
• 5.3.2 樣品多樣性指數(shù)63
• 5.3.3 樣品群落結(jié)構(gòu)63-67
• 5.3.4 產(chǎn)電菌屬的分析67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 結(jié)論與展望69-73
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 研究成果及發(fā)表學(xué)術(shù)論文79-81
• 導(dǎo)師及作者簡介81-82
• 學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書82-83

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