微波預(yù)處理剩余污泥用于微生物燃料電池產(chǎn)電性能研究.pdf

1、隨著我國(guó)污水處理事業(yè)的快速發(fā)展，剩余污泥作為污水處理的副產(chǎn)物，產(chǎn)生量也日益增加，對(duì)環(huán)境危害大。目前污泥厭氧消化技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的污泥資源化技術(shù)，但是由于其污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、操作維護(hù)復(fù)雜、反應(yīng)條件嚴(yán)格，因此我們急于開發(fā)污泥穩(wěn)定化與能源回收新技術(shù)。研究結(jié)果表明，微生物燃料電池在對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解的同時(shí)能將有機(jī)物中的化學(xué)能以電能的形式回收，其不僅能夠以單一的碳水化合物作為燃料發(fā)電，而且能從各種污(廢)水中的有機(jī)污染物中回收電能，具有低能耗

2、、停留時(shí)間短、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文引進(jìn) MFC技術(shù)進(jìn)行污泥處理，對(duì)比不同構(gòu)型 MFC反應(yīng)器污泥處理過程中泥質(zhì)的變化以及有機(jī)物降解和產(chǎn)電性能，MFC只能利用可溶性有機(jī)物為燃料，而污泥中有機(jī)物主要存在固相中，期望通過預(yù)處理提高污泥中可溶性有機(jī)物的含量以改善 MFC產(chǎn)電與有機(jī)物降解效果。微波預(yù)處理具有穿透性強(qiáng)、加熱均勻、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以本文以剩余污泥為研究對(duì)象，采用微波預(yù)處理技術(shù)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)溶出，以此提高 MFC對(duì)污泥中有

3、機(jī)物的降解速率，并與原泥的 MFC產(chǎn)電降解效果進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)采用響應(yīng)曲面法(RSM)分析微波預(yù)處理后泥質(zhì)的溶出規(guī)律和考察微波預(yù)處理污泥對(duì) MFC運(yùn)行過程中泥質(zhì)的影響。
　　研究結(jié)果表明，采用微波技術(shù)破解污泥，可以破壞污泥絮體和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使得固相中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移至液相中，增加了液相中的溶解性有機(jī)物質(zhì)的含量。增加值隨著微波比能耗、微波加熱時(shí)間的增加而增加，增加微波比能耗與加熱時(shí)間可以獲得高的 SCOD、蛋白質(zhì)和多糖溶出值。同時(shí)，相對(duì)比空

4、氣陰極 MFC反應(yīng)器，雙室 MFC反應(yīng)器具有更好的有機(jī)物降解效果和產(chǎn)電性能，以污泥為底物的雙室 MFC的啟動(dòng)時(shí)間為20 h，穩(wěn)定電壓輸出為0.60 V，最大輸出功率為2.79 W/m3，單室空氣陰極 MFC的最大輸出電壓為0.366 V，最大輸出功率為1.25 W/m3，運(yùn)行8d后兩者的 TCOD去除率分別為34.14％和22.67%，雙室 MFC具有更高的庫倫效率且在運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的去除。
　　微波預(yù)處理能提高有機(jī)物的降

5、解效果和 MFC的產(chǎn)電性能，隨著微波比能的增加，MFC的啟動(dòng)時(shí)間縮短，同時(shí)輸出電壓和最大輸出功率密度均有一定幅度的提高，但是輸出電壓穩(wěn)定時(shí)間縮短，1 W/mL預(yù)處理后的 MFC的啟動(dòng)時(shí)間為10 h，穩(wěn)定輸出電壓為0.645 V，最大輸出功率為3.30 W/m3，相應(yīng)的3 W/mL的分別為5 h，0.70 V，3.78 W/m3。隨著微波預(yù)處理比能的增加，MFC中污泥的 TCOD去除率和庫倫效率均提高，1 W/mL和3 W/mL微波比能預(yù)

6、處理污泥在 MFC運(yùn)行8 d時(shí)的 TCOD去除率分別為35.28%和43.73%，庫倫效率分別為2.84%和2.96%。
　　由于本文引入了微波技術(shù)，故與傳統(tǒng)的厭氧消化技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明微波能量消耗與厭氧消化所需能量相當(dāng)，MFC處理污泥縮短了污泥停留時(shí)間，其還是較為經(jīng)濟(jì)有效的。通過在體積功率、基建費(fèi)用、穩(wěn)定性等方面對(duì)比了污泥MFC產(chǎn)電與厭氧消化產(chǎn)甲烷，發(fā)現(xiàn) MFC具有適應(yīng)溫度廣、抗負(fù)荷能力強(qiáng)以及穩(wěn)定性強(qiáng)、啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，