無膜生物陰極微生物燃料電池處理生活污水的研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在全世界范圍內(nèi)，社會(huì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為制約人類生存和發(fā)展的兩大重要難題。研發(fā)新的廢水處理工藝從有機(jī)廢水中回收有價(jià)能源已經(jīng)成為環(huán)境工程領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，是實(shí)現(xiàn)廢水處理能源化與可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。
　　微生物燃料電池(Microbefuelcell，MFC)技術(shù)是一項(xiàng)兼顧從有機(jī)物中回收電能和廢水處理的可持續(xù)性技術(shù)。該技術(shù)發(fā)展至今，就目前存在的各種形式MFC而言，由

2、于產(chǎn)電過程需要貴重金屬催化、加載陰陽極隔離膜、產(chǎn)電量偏小、MFC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不適合實(shí)際污水處理等多方面原因，導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)成本過高并與實(shí)際應(yīng)用仍有一段距離。針對(duì)MFC的現(xiàn)有問題，在考慮有效能源回收、成本降低、實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研究了更加適用于有機(jī)廢水處理的無膜生物陰極MFC反應(yīng)器構(gòu)型，并分析了反應(yīng)器的產(chǎn)電特性及污染負(fù)荷去處能力。主要開展了三部分的研究，分別為：擋板式MFC和無擋板式MFC產(chǎn)電性能及污染物去除能力研究、無擋板式MFC

3、產(chǎn)電性能及污水凈化效果條件優(yōu)化、無擋板式MFC與A/O工藝處理實(shí)際生活污水的差異，論文取得了以下研究成果：
　　使用厭氧污泥能夠成功啟動(dòng)兩種反應(yīng)器，但與擋板式MFC相比，無擋板式MFC能在較短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)（150h）。在運(yùn)行穩(wěn)定后，外電阻Rex=500Ω時(shí)，擋板式MFC和無擋板式MFC反應(yīng)器電壓峰值分別為0.21V和0.42V。通過極化曲線測(cè)定可知，無擋板式MFC與擋板式MFC的內(nèi)阻分別為79.4Ω和178.6Ω，最大功率密度分別

4、為8.4W/m3、0.83W/m3，庫侖效率分別為9.4％和6.3%。表明，由于擋板式反應(yīng)器加長了陰陽極電極之間的距離，增大了電池內(nèi)阻，雖然防止了陰極氧的擴(kuò)散，但同時(shí)也增大了有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷的比例，從而導(dǎo)致?lián)醢迨椒磻?yīng)器功率密度、庫侖效率偏低。擋板式和無擋板式反應(yīng)器COD去除率分別為93.2%和90.7%，表明兩種MFC都能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)電與有機(jī)物的同步降解。
　　利用生活污水進(jìn)行了無擋板式MFC產(chǎn)電性能及污水凈化條件優(yōu)化試驗(yàn)。研究結(jié)果表

5、明，MFC的功率密度隨有機(jī)底物濃度的變化具有飽和效應(yīng)，在一定范圍內(nèi)電池的平均功率密度隨有機(jī)底物濃度的增高而增高，在COD為120mg/L時(shí)功率密度增長到達(dá)平臺(tái)期。通過減小水力停留時(shí)間，從而提高單位時(shí)間內(nèi)的有機(jī)物絕對(duì)供給量，可以提高電池的輸出功率，但當(dāng)水力停留時(shí)間低于12h，出水水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)。陰極溶解氧量的提高對(duì)增高電池功率輸出和有機(jī)物去處是有利的，但當(dāng)曝氣量達(dá)到300mL/min時(shí)，電池電壓為0.43V達(dá)到峰值，繼續(xù)增加曝氣量，電池電壓

6、則開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。廢水的緩沖能力對(duì)電池的功率輸出有重要影響，但對(duì)污染物去除影響不明顯。
　　無擋板式MFC與傳統(tǒng)A/O工藝連續(xù)處理實(shí)際生活污水對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，無擋板式MFC在水力停留時(shí)間為12h，30分鐘間隔曝氣（300mL/min）條件下，連續(xù)流處理生活污水，最大電壓達(dá)0.42V（Rex=500Ω），最大功率密度為7.6W/m3，內(nèi)阻為71Ω，出水濁度也較A/O法更低。最大COD去除率可達(dá)92.4%、氨氮去除率94.6%，而A/