基于微生物電化學系統(tǒng)的廢水處理技術(shù)研究.pdf

1、近年來，微生物電化學系統(tǒng)(Bioelectrochemical system，BES)在許多領(lǐng)域得到越來越廣泛的關(guān)注。BES的應用研究主要集中在廢水處理、生物傳感器、電化學活性微生物的基礎(chǔ)研究、溫室氣體減排和新能源的開發(fā)等領(lǐng)域。本論文以基于BES的廢水處理技術(shù)為主線，開展了一系列的工作。
　　 首先，按照利用微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)陰極還原能力去除污染物的思路，開發(fā)了一種利用MFC陰極處理

2、含六價鉻電鍍廢水的工藝，并優(yōu)化了操作參數(shù)。在以石墨紙為電極，pH=2的最優(yōu)條件下，對含204 ppm六價鉻的實際電鍍廢水處理25小時后，六價鉻和總鉻的去除率分別達到了99.5％和66.2％。該工藝在脫鉻的過程中能同步回收電能，其最大輸出功率密度達到1600mW/m2。電極表面沉積物的X射線光電子能譜分析結(jié)果表明六價鉻和總鉻是以三氧化二鉻沉積的形式去除的。
　　 然后，按照MFC陰陽兩極協(xié)同處理廢水的思路，開發(fā)了MFC與厭氧/好氧

3、工藝(A/O)相結(jié)合的新型A/O-MFC集成系統(tǒng)，并將其用于處理含剛果紅的染料廢水。參數(shù)優(yōu)化實驗結(jié)果顯示，作為碳源和電子供體的葡萄糖濃度為1000 mg/l，水力停留時間為14.8小時是最佳條件。在此條件下，COD和色度的去除率可以分別達到92.7％和94.1％，電能輸出功率密度為552 mW/m2。紫外可見分光光度全波掃描和氣相色譜-質(zhì)譜的分析結(jié)果表明MFC陽極能破壞偶氮鍵；陰極能進一步降解厭氧過程中產(chǎn)生的芳香胺。
　　 為了

4、使BES系統(tǒng)更適于廢水處理的實際應用，解決傳統(tǒng)空氣陰極單室MFC的不足，開發(fā)了溢流降膜式反應器。利用反應器中流態(tài)的特點，該型反應器能有效抑制氧氣的擴散，提高無膜MFC的庫倫效率。在最優(yōu)條件下，該反應器能輸出的最大功率密度為18.21 W/m3，最高庫倫效率可以達到39.5％。
　　 在此基礎(chǔ)上，基于層流微流態(tài)BES構(gòu)建了一種利用層流來分隔陰陽兩極的無膜MFC，并初步考察了其產(chǎn)電性能。極化曲線測試結(jié)果顯示該無膜MFC可以輸出的最大

5、功率密度為378.13 W/m3。這種基于層流微流態(tài)裝置的BES還被進一步用來作為測試短期化學沖擊對電化學活性微生物Geobacter sulfurreducens活性影響的研究平臺。結(jié)果顯示：二硫蒽醌可以有效提高G sulfurreducens的產(chǎn)電性能；短時間的氧氣沖擊不會對其造成不可逆的損害。
　　 在優(yōu)化工藝和MFC反應器的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種以電化學活性微生物為計算核心的邏輯與門作為對其實行智能控制的基礎(chǔ)元件。該邏輯與門