電子流分配對(duì)EAM-MFC耦合系統(tǒng)脫氮性能影響及原理分析.pdf_第1頁(yè)
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1、微生物燃料電池(MFC)生物陰極可以利用硝酸鹽作為電子受體,完成電化學(xué)反硝化過(guò)程。將其與傳統(tǒng)硝化工藝耦合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫氮,過(guò)程較復(fù)雜且不易控制,限制了系統(tǒng)總氮去除效果。本研究借助膜曝氣生物反應(yīng)器(MABR)獨(dú)特的脫氮原理和優(yōu)異的性能將其與MFC工藝結(jié)合,構(gòu)造新型導(dǎo)電膜曝氣生物反應(yīng)器與微生物燃料電池耦合系統(tǒng)(EAM-MFC),研究電子流分配對(duì)系統(tǒng)脫氮效果的影響及MFC陰極電子流調(diào)控機(jī)理。
  實(shí)驗(yàn)通過(guò)變換電池外接電阻調(diào)節(jié)到達(dá)MFC陰極電

2、子流大小,研究電子流變化對(duì)耦合系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電性能的影響。結(jié)果表明當(dāng)外接電阻為5Ω時(shí),電流為22mA,耦合系統(tǒng)氨氮和總氮達(dá)最大去除負(fù)荷0.16kg N m-3NCC d-1和0.128kg TN m-3d-1,同時(shí)氨氮和總氮最大去除率達(dá)80.90%和80.82%,硝酸鹽幾乎無(wú)積累,反硝化反應(yīng)徹底。與開路條件相對(duì)比,氨氮去除率提高了19.80%,總氮去除效率可提高22.71%。此時(shí)耦合系統(tǒng)脫氮所需碳氮比僅2.89±0.08g COD g-1N

3、H4+-N。研究表明EAM-MFC耦合系統(tǒng)能有效利用陽(yáng)極電子流,促進(jìn)陰極電化學(xué)生物反硝化作用,降低碳氮比提高脫氮效果。
  耦合系統(tǒng)陰極同時(shí)存在氧氣(O2/H2O=+0.82V)和硝酸鹽(NO3-/0.5N2=+0.74V)兩種電子受體,明確陰極電子受體競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和陰極脫氮過(guò)程中電子流的分配對(duì)系統(tǒng)脫氮和產(chǎn)電具有理論指導(dǎo)意義。實(shí)驗(yàn)通過(guò)向陰極室單獨(dú)提供不同電子受體,分析比較電子利用分配情況。結(jié)果表明,陰極室硝酸鹽單電子受體條件下,電化學(xué)

4、生物反硝化實(shí)現(xiàn)硝酸鹽100%去除;氧氣硝酸鹽雙電子受體競(jìng)爭(zhēng)條件下,陰極硝酸鹽去除率為39.88%;無(wú)電子供體條件下陰極硝酸鹽去除率僅13.65%。當(dāng)存在陰極電子受體競(jìng)爭(zhēng)時(shí),用于脫氮的電子流占總電流的30.37%,而耦合系統(tǒng)陰極硝酸鹽庫(kù)倫效率為42.48%。表明,該通過(guò)控制耦合系統(tǒng)運(yùn)行條件,可以更好地分配利用陽(yáng)極產(chǎn)電于陰極脫氮過(guò)程,提高電子利用效率。
  綜上,EAM-MFC耦合系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)電子流分配情況,進(jìn)一步提高電子利用率,降低

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