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微生物燃料电池处理难降解有毒废水实验研究

作　者: 孙茜
导　师: 温青
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 环境工程
关键词: 微生物燃料电池对硝基苯酚亚甲基蓝六价铬废水处理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微生物燃料电池(MFC)作为一种新型的废水处理技术,可以在处理废水的同时产生电能。本研究采用微生物燃料电池处理废水中的有毒物质,并对不同物质的降解效果和电池的性能进行了研究。实验构建了空气阴极和碳毡阳极的单室微生物燃料电池,以对硝基苯酚和葡萄糖混合液为阳极材料,考虑了不同对硝基苯酚浓度下微生物燃料电池的产电性能和对硝基苯酚的降解效果。研究结果表明,以不同浓度的对硝基苯酚(0mg·L-1,25 mg·L-1,50mg·L-1,100mg·L-1和250 mg·L-1)与500 mg·L-1的葡萄糖混合液作为燃料发电时,随着对硝基苯酚浓度的增加,开路电压、开路阴阳极电势、产电量、库仑效率、COD去除率和对硝基苯酚去除率都随之减小。在葡萄糖浓度为500 mg·L-1,对硝基苯酚浓度在100 mg·L-1以下,去除时间为5天,对硝基苯酚和COD的去除率均在94%以上,且其降解过程符合一级反应动力学,相关系数大于0.9775。利用微生物燃料电池处理含葡萄糖和对硝基苯酚的混合废水并产生电能的技术是可行的,这为含对硝基苯酚废水的处理提供了新的思路。实验考察了以亚甲基蓝和葡萄糖混合液为阳极燃料时,微生物燃料电池的产电性能以及亚甲基蓝的脱色效果。研究结果表明：分别以不同浓度的亚甲基蓝(0 mg·L-1,25 mg·L-1,50 mg·L-1,100 mg·L-1和250 mg·L-1)与500 mg·L-1的葡萄糖混合液作为燃料发电,水力停留时间为4天时,亚甲基蓝和COD的去除率均在90%以上。以不同浓度的亚甲基蓝(25 mg·L-1,50 mg·L-1,100 mg·L-1和250 mg·L-1)为单一底物时,去除率为76%。上述研究表明,微生物燃料电池对亚甲基蓝染料废水的脱色具有良好的处理效果,而且能同步产电,这为含亚甲基蓝的染料废水处理提供了新的思路。实验构建了碳毡阳极,石墨板阴极的双室微生物燃料电池,考察了六价铬为阴极电子受体时,阴极液初始pH值和六价铬浓度对六价铬去除效果和电池产电性能的影响。研究结果表明：阴极液pH值越小,六价铬的去除效果越好,水力停留时间10小时,去除率由22.34%(pH=6)升高到99.94%(pH=2)。电池的产电性能也得到提高,开路电压由285 mV (pH=6)增加到603mV (pH=2),输出功率由235.63 mW·m-3 (pH=6)增加到1334.82mW·m-3 (pH=2)。增加阴极液初始六价铬浓度,有利于提高电池的开路电压,减小内阻,从而提高电池的输出功率,但六价铬的去除效果变差。利用微生物燃料电池(MFC)处理含Cr(Ⅵ)废水并产生电能的技术是可行的。MFC技术具有运行成本低、处理效果好、等优点,尤其是能同步产电,这为含铬废水处理提供了新思路。以上研究表明,微生物燃料电池可以在降解含毒物质废水的同时产生电能,并可以得到良好的处理效果和产电性能,这为微生物燃料电池在有毒废水的处理方面的应用提供了依据,开拓了其在废水处理领域的应用范围。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-28
  1.1 能源和环境问题  13-17
    1.1.1 能源需求  13
    1.1.2 能源与环境问题的严峻性  13-14
    1.1.3 可再生能源  14-17
  1.2 微生物燃料电池  17-25
    1.2.1 微生物燃料电池的发展与现状  17-21
    1.2.2 微生物燃料电池的构造与原理  21-22
    1.2.3 微生物燃料电池的分类  22-23
    1.2.4 微生物燃料电池的特点  23-24
    1.2.5 微生物燃料电池的应用  24-25
  1.3 本课题的研究目的和意义  25-26
  1.4 本课题的研究内容  26-28
第2章实验材料与分析测试方法  28-36
  2.1 实验仪器与药品  28-29
  2.2 实验装置  29-31
  2.3 菌种的培养  31
  2.4 测定项目和方法  31-35
    2.4.1 微生物燃料电池性能指标  31-34
    2.4.2 微生物燃料电池废水处理指标  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章单室MFC处理对硝基苯酚的实验研究  36-53
  3.1 电池的启动运行  38-39
  3.2 以葡萄糖和对硝基苯酚混合溶液为燃料的产电特性  39-40
  3.3 单室微生物燃料电池对对硝基苯酚的降解研究  40-44
  3.4 微生物燃料电池的极化曲线和功率曲线  44-48
  3.5 微生物燃料电池的阴阳极电势分析  48-50
  3.6 微生物燃料电池的产电量分析  50
  3.7 微生物燃料电池的库仑效率分析  50-51
  3.8 本章小结  51-53
第4章单室MFC处理亚甲基蓝的实验研究  53-67
  4.1 以葡萄糖和亚甲基蓝混合溶液为燃料的产电特性  56-58
  4.2 单室微生物燃料电池对亚甲基蓝的降解研究  58-62
    4.2.1 以葡萄糖和亚甲基蓝混合溶液为燃料时亚甲基蓝的降解效果  58-61
    4.2.2 以单一亚甲基蓝为燃料亚甲基蓝的降解效果  61-62
  4.3 微生物燃料电池的极化曲线和功率曲线  62-64
  4.4 微生物燃料电池的产电量分析  64-65
  4.5 微生物燃料电池的库仑效率分析  65-66
  4.6 本章小结  66-67
第5章双室MFC处理含铬废水的实验研究  67-82
  5.1 MFC实验装置和接种、运行  68-69
  5.2 阴极液初始pH值对MFC的影响  69-76
    5.2.1 对六价铬去除的影响  69-70
    5.2.2 六价铬降解动力学研究  70-71
    5.2.3 对输出电压输出的影响  71-72
    5.2.4 对电极电势的影响  72-74
    5.2.5 对极化曲线和功率曲线的影响  74-76
  5.3 不同六价铬初始浓度对MFC的影响  76-81
    5.3.1 对六价铬去除的影响  76-77
    5.3.2 六价铬降解动力学研究  77
    5.3.3 对电极电势的影响  77-79
    5.3.4 对极化曲线和功率曲线的影响  79-81
  5.4 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-91
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  91-92
致谢  92

微生物燃料电池处理难降解有毒废水实验研究

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