導(dǎo)電膜及藻類(lèi)生物電化學(xué)水處理系統(tǒng)研究.pdf

1、新世紀(jì)的污水處理技術(shù)應(yīng)不僅僅局限于處理水質(zhì)的達(dá)標(biāo)排放，更應(yīng)尋求有效的方法回收污水中蘊(yùn)含的能源。除了微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)技術(shù)利用微生物降解有機(jī)物產(chǎn)電外，污水中碳源、氮源等也是大多數(shù)藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此尋求一種處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)及回收可利用能源的目的是至關(guān)重要的。微生物燃料電池和光合微生物燃料電池(PMFC)已成為一種非常具有前景的能源回收技術(shù)。但MFC在單獨(dú)應(yīng)用于污水處理時(shí)，其出水很難達(dá)

2、到排放標(biāo)準(zhǔn);PMFC微藻回收及應(yīng)用于污水處理仍然存在較大問(wèn)題。膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor MBR)水處理工藝具有操作便捷、節(jié)約土地使用、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理行業(yè)及飲用水處理中應(yīng)用很廣泛，但是膜污染的問(wèn)題仍是MBR技術(shù)的最大障礙。
　　針對(duì)以上水處理技術(shù)存在的問(wèn)題及各自的優(yōu)勢(shì)，本論文設(shè)計(jì)并研究了改性不銹鋼網(wǎng)導(dǎo)電膜耦合PMFC水處理產(chǎn)電反應(yīng)器，構(gòu)建MBR-PMFC系統(tǒng)，用于污水處理、同時(shí)產(chǎn)電及產(chǎn)微藻，實(shí)

3、現(xiàn)廢水處理及回收能源的目的。研究分兩部分，其一是導(dǎo)電膜的改性研究，試驗(yàn)中采用不銹鋼網(wǎng)作為改性基體，改性不銹鋼網(wǎng)在該系統(tǒng)中起到PMFC中陰極電極及MBR中過(guò)濾膜的雙重作用。通過(guò)原位生長(zhǎng)二氧化錳及聚合聚吡咯、聚苯胺等方式實(shí)現(xiàn)改性的目的，除此之外，通過(guò)在不銹鋼網(wǎng)構(gòu)成的平板膜中間添加活性炭的方法，也達(dá)到了很好的產(chǎn)電和水處理效果;其二是PMFC運(yùn)行相關(guān)的微藻的絮凝及固定化研究，通過(guò)該方法，可以使微藻富集生長(zhǎng)，易回收且避免膜過(guò)濾不完全的弊端。通過(guò)添

4、加海藻酸鈉及鈣離子使小球藻形成凝膠體并固化，通過(guò)控制添加量實(shí)現(xiàn)絮凝及固定化。
　　通過(guò)不銹鋼網(wǎng)表面改性，過(guò)濾精度提高。實(shí)驗(yàn)測(cè)得改性前的膜通量75.6 m3/(h·m2)，MnO2改性后的膜通量為21.6 m3/(h·m2)，MnO2@PPy改性后的膜通量為1.96 m3/(h·m2)，其膜通量約減少到原來(lái)的三十九分之一;MnO2@PANI改性后的膜通量為119.4 L/(h·m2)，膜通量減少了600多倍，過(guò)濾效果提高了8.7倍。

5、在該系統(tǒng)中不銹鋼網(wǎng)的最大功率密度僅為0.08 W/m3，采用活性炭與不銹鋼網(wǎng)組合膜組件，最大功率密度也達(dá)到1.8 W/m3;MnO2@PPy改性不銹鋼網(wǎng)所達(dá)到的最大功率密度為1.9 W/m3，提高了22倍;MnO2@PN-AI改性后的不銹鋼網(wǎng)最大功率密度提高了15倍，達(dá)到1.2 W/m3，改性后的不銹鋼網(wǎng)作為陰極電極，其內(nèi)阻相近為200-250Ω。通過(guò)增加了微藻處理環(huán)節(jié)，出水COD去除率為93.3％，氨氮的去除率由67％提高到了94.9