新型溢流式微生物燃料電池系統(tǒng)運行效果及其應用研究.pdf

1、水資源和能源短缺是當今世界面臨的兩個主要挑戰(zhàn)。對于廢水處理工藝而言，在去除污染物和獲取清潔水的同時，回收廢水中有機物所蘊含的能源，具有非常重大的意義。微生物燃料電池(MFC)是一種通過微生物的催化氧化還原反應將廢水中有機物的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的新技術，已成為環(huán)境和能源領域的研究熱點之一。但是目前的MFC大都采用非生物陰極，并且必須要用質(zhì)子交換膜(PEM)隔開MFC的陽極室和陰極室，但其價格較貴、易被污染。同時MFC可以被看做是生物膜反

2、應器，相比于溶解性有機物的去除，對顆粒性污染物去除效果不好，因此處理效率不高、出水水質(zhì)差。這些因素都大大限制了MFC的實際推廣應用。
　　本論文開發(fā)了一種新型溢流式MFC，因其采用生物陰極，并利用反應器流態(tài)而不需要PEM，降低了反應器成本。考慮到溢流式MFC對顆粒性污染物去除效果不好，進一步開發(fā)出一種新型溢流式MFC-MBR耦合系統(tǒng)，兼?zhèn)淞四ど锓磻?MBR)的高效截留及選擇性分離和MFC產(chǎn)能的優(yōu)點，展現(xiàn)了良好的產(chǎn)電性能和污染物

3、去除效果。最后提出了溢流式MFC-MBR耦合系統(tǒng)利用不銹鋼網(wǎng)生物陰極產(chǎn)生的電能原位抑制膜污染的新思路，并探討了其機制。主要結(jié)論如下:
　　1、開發(fā)了一種新型溢流式MFC并評價了其運行性能。該系統(tǒng)能夠有效阻斷氧氣從陰極室向陽極室的擴散，保障陽極室的厭氧環(huán)境，同時通過廢水從陽極室溢流至陰極室而傳遞質(zhì)子。試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)最大功率密度達到了697mW/m3，對COD、氨氮和總氮的去除率分別為94.9％、97.1％和73.8％，同時對陰

4、陽兩極室微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明電化學活性細菌富集在電極上并被電流激發(fā)，參與到系統(tǒng)的產(chǎn)電或者污染物的去除。
　　2、開發(fā)了一種新型溢流式MFC-MBR耦合系統(tǒng)并評價了其運行性能。該系統(tǒng)的不銹鋼網(wǎng)和其表面形成的生物膜起到了過濾網(wǎng)和生物陰極的雙重作用，實現(xiàn)了系統(tǒng)良好的出水水質(zhì)和能源回收。試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)最大功率密度達到了629 mW/m3，廢水出水濁度1天之內(nèi)就由20.3 NTU降到了2.53 NTU，對COD、氨氮和總氮的去除率分

5、別為99.2％、99.5％和84.9％，同時對不銹鋼網(wǎng)生物陰極微生物群落結(jié)果分析表明生物膜上的反硝化細菌可能是電化學活性細菌或者是被電流所激發(fā)，富集在不銹鋼網(wǎng)表面的生物膜里，并接納通過Lactococcus電子傳輸中介體傳輸過來的電子。
　　3、提出了溢流式MFC-MBR耦合系統(tǒng)膜污染原位抑制的新思路?？疾炝嗽撓到y(tǒng)的膜污染特性和污泥混合液性質(zhì)的變化，試驗結(jié)果表明:該系統(tǒng)的膜污染速率大大降低;在產(chǎn)生的電場、電流對微生物的刺激以及生成