以膜曝氣生物膜反應(yīng)器為陰極的微生物燃料電池脫氮研究.pdf

1、膜曝氣生物膜反應(yīng)器(MABR)是具有同步硝化反硝化特性的新型脫氮工藝，而微生物燃料電池(MFC)在處理污水的同時(shí)可以獲得清潔的電能，針對MABR脫氮過程中的反硝化進(jìn)程不易控制且效率不高的問題，本研究提出了一種以導(dǎo)電膜曝氣生物膜反應(yīng)器作為微生物燃料電池的陰極，其是將MABR和MFC結(jié)合的新型脫氮工藝，該工藝在將陽極室廢水中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)，通過外電路將電子送至陰極導(dǎo)電膜纖維，為陰極反硝化過程外供電子，以促進(jìn)MABR的脫氮能力。本

2、文基于MABR-MFC耦合系統(tǒng)，研究了耦合系統(tǒng)在啟動階段的脫氮除碳效果和產(chǎn)電性能，并比較了啟動前后微生物群落變化。為實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的污水處理效果和產(chǎn)電性能，詳細(xì)分析了氮負(fù)荷、碳氮比以及外電阻對該系統(tǒng)陰極室的處理效果和產(chǎn)電性能的影響，以確定該耦合系統(tǒng)運(yùn)行的最佳操作參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上通過MFC的開路與閉路切換，研究陽極產(chǎn)生電子對陰極室處理效果的影響。
　　研究表明，MABR-MFC耦合系統(tǒng)啟動期耗時(shí)30天，穩(wěn)定后輸出電壓為0.58±0.01

3、 V，穩(wěn)定運(yùn)行下的內(nèi)阻為1100±20Ω，最大輸出功率密度為0.0018 W/m2，相應(yīng)的庫倫效率為3.64％。MABR-MFC耦合系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，陰極室COD、NH3-N和TN去除率最高分別達(dá)到90.6％，80.8％和55.1％，獲得了較好的處理效果和產(chǎn)電性能。
　　MABR-MFC耦合系統(tǒng)啟動完成后微生物種群豐富，通過對接種污泥以及啟動完成后陽極和陰極生物膜的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量測序，一共檢測到30個菌門，主要包括常見的光

4、能自養(yǎng)菌Chorobi和Chloroflexi，以及Proteobacteria，Nitrospirae和Planctomycetes三個涉及脫氮過程的菌門。與接種污泥相比，啟動完成后系統(tǒng)內(nèi)微生物菌種的數(shù)量、多樣性、以及豐度基本呈上升趨勢，該耦合系統(tǒng)啟動完成后所包含的具有不同生物學(xué)特性的種群更多，系統(tǒng)穩(wěn)定性更強(qiáng)。
　　MABR-MFC耦合系統(tǒng)最佳運(yùn)行參數(shù)為:進(jìn)水氮負(fù)荷為0.16 g/(L·d)，碳氮比為3∶1，外電阻為1000Ω，

5、此時(shí)COD去除率最高為95.2％，NH3-N去除率最高為94.8％，TN去除率最高為83.4％，最大的輸出電壓為0.71 V，相應(yīng)的功率密度和庫倫效率分別為0.055 W/m2和4.24％，具有最佳的處理效果和產(chǎn)電性能。
　　通過切換閉路和開路，MABR-MFC耦合系統(tǒng)陰極室處理效果表明，異氧菌和硝化細(xì)菌在閉路和開路下都有較強(qiáng)活性，處理效果良好，但閉路MABR-MFC耦合系統(tǒng)陰極室脫氮性能更佳，陽極轉(zhuǎn)移的電子對陰極反硝化反應(yīng)有促進(jìn)