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文檔簡介
1、針對中國污水處理廠低碳源氨氮廢水的處理難題,結合微生物燃料電池同步脫氮優(yōu)良特性和光催化技術脫氮的高效性。分三步分別構建陽極脫氮微生物燃料電池、雙室同步脫氮微生物燃料電池、光催化協(xié)同微生物燃料電池,最終將微生物燃料電池系統(tǒng)與光催化技術耦合。論文在以有機物和氨氮作為混合基質及氨氮為單一基質條件下,分別研究了有機物、氨氮對三種微生物燃料電池的脫氮效率及產電能力的影響,并研究了光照強度對光催化協(xié)同微生物燃料電池的影響,對比了有無光催化單元對雙室
2、微生物燃料電池的脫氮及產電的影響。研究進一步論證了氨氮作為電子供體在微生物燃料電池中的可行性,系統(tǒng)實現了穩(wěn)定的脫氮,初步論證了低碳氨氮廢水可以在微生物燃料電池中得到處理。
本研究主要內容包括:①在陽極脫氮微生物燃料電池系統(tǒng)中,有機物濃度是影響系統(tǒng)脫氮產電的重要影響因素之一,產電周期隨著有機物濃度的降低下降明顯,當進水有機物濃度從600mg/L降低至0mg/L時,產電周期由7401min降低至1350min。隨著陽極進水COD濃
3、度的降低,陽極氨氮去除率有所提升,當進水中有機物為100mg/L時,氨氮的去除率最大為50.18%,去除量為33.54mg/L。但在進一步降低COD濃度時,氨氮的去除率略微下降。在進水中不含有機物時,氨氮仍然能維持42.70%的去除率,去除量達28.54mg/L。系統(tǒng)整體保持良好的脫碳能力,證明了有機物可以被菌群充分利用。②在陽極脫氮微生物燃料電池系統(tǒng)中,氨氮濃度綜合影響了系統(tǒng)產電和脫氮能力,研究表明在180mg/L進水氨氮濃度和低碳源
4、實驗配水條件下,系統(tǒng)具有良好的脫氮產電能力,其產電輸出電壓高達670mV,氨氮去除率可達70%。氨氮濃度是影響系統(tǒng)脫氮的主要因素,低濃度和高濃度的氨氮均不利于系統(tǒng)脫氮。高濃度氨氮會影響系統(tǒng)的產電性能,在50mg/LCOD和0mg/LCOD兩種碳源條件下,高濃度氨氮的系統(tǒng)產電性能均低于低濃度氨氮的系統(tǒng)。表明高濃度氨氮對微生物有抑制作用。③雙室微生物燃料電池系統(tǒng)中,有機物濃度是影響系統(tǒng)脫氮產電的重要影響因素之一,產電周期隨著有機物濃度的降低
5、下降明顯,當進水有機物濃度從300mg/L降低至0mg/L時,產電周期由5024min降低至716min。系統(tǒng)在不同進水有機物濃度下,均維持良好的硝態(tài)氮去除能力,系統(tǒng)的氨氮最大去除量為13.78mg/L,在無有機物條件下也能保持10.91%的去除率。④雙室微生物燃料電池系統(tǒng)中,氨氮濃度是影響系統(tǒng)脫氮產電的重要影響因素之一。隨著氨氮濃度的升高氨氮的去除率先上升后下降,輸出電壓也隨著氨氮濃度的升高先上升后下降。在氨氮濃度為180mg/L時達
6、到最大的去除率和去除量,分別為48.6%、87.5mg/L;硝態(tài)氮的去除規(guī)律與氨氮去除規(guī)律類似,但是變化趨勢較氨氮緩慢,均保持50%-70%的去除率。在240m/L的進水氨氮濃度下,系統(tǒng)獲得最高的328mV的穩(wěn)定輸出電壓。⑤光催化強化微生物燃料電池系統(tǒng)中,光催化單元的加入對系統(tǒng)產電周期有影響,不同COD條件下,產電周期均有不同的減少,氨氮以及硝態(tài)氮的去除率均有所提升。在COD為100mg/L時,產電周期的減少量最大為306min。其中在
7、進水有機物濃度為50mg/L條件下時,氨氮去除率提高最多,達14.21%。在無進水有機物時,硝態(tài)氮的去除率提升值最高,達4.67%。⑥光照強度對系統(tǒng)產電和脫氮均有影響,隨著光照強度的增強,穩(wěn)定輸出電壓增高,同時氨氮的去除效果以及硝態(tài)氮的去除效果也有所增強。硝態(tài)氮及氨氮的去除率改變規(guī)律與穩(wěn)定輸出電壓變化規(guī)律相似。⑦三個MFC系統(tǒng)的微生物均能良好生存,且生物樣品多樣性良好。檢測的三個系統(tǒng)中陽極微生物樣品存在差異,其中陽極脫氮微生物燃料電池的
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