新型溢流式微生物燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行效果及其應(yīng)用研究.pdf

1、水資源和能源短缺是當(dāng)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(jī)物所蘊(yùn)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(yīng)將廢水中有機(jī)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)，已成為環(huán)境和能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(yīng)器，相比于溶解性有機(jī)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(shí)際推廣應(yīng)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(yīng)器流態(tài)而不需要PEM，降低了反應(yīng)器成本?？紤]到溢流式MFC對顆粒性污染物去除效果不好，進(jìn)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?yīng)器(MBR)的高效截留及選擇性分離和MFC產(chǎn)能的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(yùn)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(kuò)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(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)最大功率密度達(dá)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(xué)活性細(xì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)良好的出水水質(zhì)和能源回收。試驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)最大功率密度達(dá)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(xì)菌可能是電化學(xué)活性細(xì)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(yàn)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