新型滴濾式生物陰極微生物燃料電池的同步污水處理及產(chǎn)能研究.pdf

1、人口、資源與環(huán)境是困擾當(dāng)今世界各國可持續(xù)發(fā)展的三大難題。微生物燃料電池(microbial fuel cell,簡稱MFC),利用微生物作為催化劑,將污水中的有機(jī)物以化學(xué)能方式直接轉(zhuǎn)化為電能,是一種集污水凈化和產(chǎn)電為一體的創(chuàng)新性污水處理技術(shù)。其研究,可望為化解世界能源危機(jī)提供一種全新的能源,為水環(huán)境污染治理提供一項(xiàng)高效低耗的污水處理技術(shù)。
　　 首次將滴濾原理引入微生物燃料電池的陰極,設(shè)計(jì)了一種新型滴濾式生物陰極微生物燃料電池。

2、通過在陽極室和陰極室分別接種污水處理廠二沉池厭氧污泥和曝氣池好氧污泥,進(jìn)水水質(zhì)采用人工配水,運(yùn)行方式采用間歇式,實(shí)現(xiàn)了滴濾式生物陰極。MFC的啟動和穩(wěn)定產(chǎn)電,證明了生物陰極采用滴濾方式充氧的可行性,達(dá)到了陰極能自然充氧而無需額外機(jī)械曝氣的節(jié)能研究目標(biāo)。在間歇式運(yùn)行滴濾MFC的溶解氧和循環(huán)流量研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)考察了連續(xù)式運(yùn)行滴濾MFC:分析其產(chǎn)電及污水處理的效率受不同停留時間的影響;比較了采用活性炭和碳?xì)謨煞N不同電極材料的差異:分析了長

3、期運(yùn)行后的分隔膜污染情況;利用16S rRNA測序鑒定出滴濾生物陰極的微生物群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢菌株;實(shí)現(xiàn)了滴濾MFC直接利用連續(xù)式實(shí)際生活污水產(chǎn)電,達(dá)到了低能耗處理連續(xù)實(shí)際生活污水并回收電能的目標(biāo)。研究結(jié)果表明:
　　 (1)間歇式滴濾生物陰極MFC靠自然充氧可以實(shí)現(xiàn)啟動和穩(wěn)定產(chǎn)電,其陰極的自然充氧效果良好,陰極出水DO保持在3.6 mg/L以上,最佳陰極循環(huán)流量為120 mL/min,總內(nèi)阻為7.7Ω,功率密度可達(dá)91.2 W/m

4、3:
　　 (2)在陽極串聯(lián)陰極的連續(xù)式運(yùn)行條件下,滴濾MFC的最大功率密度為118.1 W/m3,最小內(nèi)阻為7.9 Q。停留時間是影響連續(xù)式滴濾MFC污水凈化和產(chǎn)能的重要因素,在最佳停留時間15 h下,最大功率密度為87.4 W/m3,COD去除率高達(dá)90.6％,出水COD=57.0 mg/L,氨氮＜1 mg/L,可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的國家一級B標(biāo)準(zhǔn);
　　 (3)滴濾式生