光催化協(xié)同雙室微生物燃料電池脫氮及其產(chǎn)電性能研究.pdf

1、針對中國污水處理廠低碳源氨氮廢水的處理難題，結(jié)合微生物燃料電池同步脫氮優(yōu)良特性和光催化技術(shù)脫氮的高效性。分三步分別構(gòu)建陽極脫氮微生物燃料電池、雙室同步脫氮微生物燃料電池、光催化協(xié)同微生物燃料電池，最終將微生物燃料電池系統(tǒng)與光催化技術(shù)耦合。論文在以有機(jī)物和氨氮作為混合基質(zhì)及氨氮為單一基質(zhì)條件下，分別研究了有機(jī)物、氨氮對三種微生物燃料電池的脫氮效率及產(chǎn)電能力的影響，并研究了光照強(qiáng)度對光催化協(xié)同微生物燃料電池的影響，對比了有無光催化單元對雙室

2、微生物燃料電池的脫氮及產(chǎn)電的影響。研究進(jìn)一步論證了氨氮作為電子供體在微生物燃料電池中的可行性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的脫氮，初步論證了低碳氨氮廢水可以在微生物燃料電池中得到處理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①在陽極脫氮微生物燃料電池系統(tǒng)中，有機(jī)物濃度是影響系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電的重要影響因素之一，產(chǎn)電周期隨著有機(jī)物濃度的降低下降明顯，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度從600mg/L降低至0mg/L時，產(chǎn)電周期由7401min降低至1350min。隨著陽極進(jìn)水COD濃

3、度的降低，陽極氨氮去除率有所提升，當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物為100mg/L時，氨氮的去除率最大為50.18％，去除量為33.54mg/L。但在進(jìn)一步降低COD濃度時，氨氮的去除率略微下降。在進(jìn)水中不含有機(jī)物時，氨氮仍然能維持42.70%的去除率，去除量達(dá)28.54mg/L。系統(tǒng)整體保持良好的脫碳能力，證明了有機(jī)物可以被菌群充分利用。②在陽極脫氮微生物燃料電池系統(tǒng)中，氨氮濃度綜合影響了系統(tǒng)產(chǎn)電和脫氮能力，研究表明在180mg/L進(jìn)水氨氮濃度和低碳源

4、實(shí)驗(yàn)配水條件下，系統(tǒng)具有良好的脫氮產(chǎn)電能力，其產(chǎn)電輸出電壓高達(dá)670mV，氨氮去除率可達(dá)70%。氨氮濃度是影響系統(tǒng)脫氮的主要因素，低濃度和高濃度的氨氮均不利于系統(tǒng)脫氮。高濃度氨氮會影響系統(tǒng)的產(chǎn)電性能，在50mg/LCOD和0mg/LCOD兩種碳源條件下，高濃度氨氮的系統(tǒng)產(chǎn)電性能均低于低濃度氨氮的系統(tǒng)。表明高濃度氨氮對微生物有抑制作用。③雙室微生物燃料電池系統(tǒng)中，有機(jī)物濃度是影響系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電的重要影響因素之一，產(chǎn)電周期隨著有機(jī)物濃度的降低

5、下降明顯，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度從300mg/L降低至0mg/L時，產(chǎn)電周期由5024min降低至716min。系統(tǒng)在不同進(jìn)水有機(jī)物濃度下，均維持良好的硝態(tài)氮去除能力，系統(tǒng)的氨氮最大去除量為13.78mg/L，在無有機(jī)物條件下也能保持10.91%的去除率。④雙室微生物燃料電池系統(tǒng)中，氨氮濃度是影響系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電的重要影響因素之一。隨著氨氮濃度的升高氨氮的去除率先上升后下降，輸出電壓也隨著氨氮濃度的升高先上升后下降。在氨氮濃度為180mg/L時達(dá)

6、到最大的去除率和去除量，分別為48.6%、87.5mg/L；硝態(tài)氮的去除規(guī)律與氨氮去除規(guī)律類似，但是變化趨勢較氨氮緩慢，均保持50%-70%的去除率。在240m/L的進(jìn)水氨氮濃度下，系統(tǒng)獲得最高的328mV的穩(wěn)定輸出電壓。⑤光催化強(qiáng)化微生物燃料電池系統(tǒng)中，光催化單元的加入對系統(tǒng)產(chǎn)電周期有影響，不同COD條件下，產(chǎn)電周期均有不同的減少，氨氮以及硝態(tài)氮的去除率均有所提升。在COD為100mg/L時，產(chǎn)電周期的減少量最大為306min。其中在

7、進(jìn)水有機(jī)物濃度為50mg/L條件下時，氨氮去除率提高最多，達(dá)14.21%。在無進(jìn)水有機(jī)物時，硝態(tài)氮的去除率提升值最高，達(dá)4.67%。⑥光照強(qiáng)度對系統(tǒng)產(chǎn)電和脫氮均有影響，隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，穩(wěn)定輸出電壓增高，同時氨氮的去除效果以及硝態(tài)氮的去除效果也有所增強(qiáng)。硝態(tài)氮及氨氮的去除率改變規(guī)律與穩(wěn)定輸出電壓變化規(guī)律相似。⑦三個MFC系統(tǒng)的微生物均能良好生存，且生物樣品多樣性良好。檢測的三個系統(tǒng)中陽極微生物樣品存在差異，其中陽極脫氮微生物燃料電池的