生物陰極型微生物燃料電池處理含鹽氨氮廢水及產(chǎn)電性能的研究.pdf

1、生物陰極型微生物燃料電池是陰極以微生物作為催化的一種微生物燃料電池，可用于多種污染物質(zhì)的去除，是近年微生物燃料電池的研究熱點(diǎn)之一。本文構(gòu)建生物陰極型微生物燃料電池，陽(yáng)極室的出水進(jìn)入間歇曝氣的陰極室進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)，達(dá)到去除有機(jī)物和氨氮的同時(shí)能夠回收電能的目的。以自配含鹽氨氮廢水作為處理對(duì)象，第一階段優(yōu)化BCMFC性能:探究外接電阻、鹽度、溶解氧(DO)、水力停留時(shí)間（HRT）以及碳氮比對(duì)BCMFC同時(shí)脫氮除碳及產(chǎn)電性能的影響。獲得最佳

2、運(yùn)行條件;第二階段，擬合陽(yáng)極有機(jī)物降解和陰極氨氮去除的動(dòng)力學(xué)方程，分析不同運(yùn)行條件對(duì)BCMFC系統(tǒng)性能的動(dòng)力學(xué)方面的影響;第三階段，分析鹽度和DO對(duì)硝化反硝化酶的活性的影響。得出如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
　　(1)最佳運(yùn)行條件是鹽度為10％海水比例、外接500Ω電阻、DO為4.0～5.0mg/L、HRT為20 h、碳氮比為25∶1。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度約為70 mg/L、COD濃度約1600 mg/L時(shí)，氨氮的去除率約為95.76％、COD去除率

3、為99％、總氮去除率為80.11％、最大輸出功率為1536mW/m3、最大電流密度為3200 mA/m3、內(nèi)阻為224Ω。
　　對(duì)BCMFC性能影響最大的因素是鹽度和DO。隨著鹽度至50％海水比例時(shí)，BCMFC的性能未受到明顯的影響，當(dāng)鹽度升高至70％海水比例時(shí)COD、氨氮和總氮的去除率分別降至85％、66.67％和52.55％，最大輸出功率為175 mW/m3、最大電流密度1364 mA/m3，內(nèi)阻達(dá)到1352Ω，BCMFC脫氮

4、除碳效果變差，內(nèi)阻增加，產(chǎn)電性能下降。隨著DO從0.2 mg/L增加至7 mg/L，10％海水比例下BCMFC的產(chǎn)電性能上升，最大輸出功率密度從57增加至2500mW/m3，內(nèi)阻從2380Ω降低至165Ω。
　　(2)最佳運(yùn)行條件下的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果如下:陽(yáng)極COD降解和陰極氨氮的去除均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，陽(yáng)極降解COD過(guò)程擬合方程為y=-0.123x+0.0771，回歸系數(shù)R2=0.983。陰極去除氨氮過(guò)程擬合方程為y=-0.00

5、625x+0.0728，回歸系數(shù)R2=0.968。
　　在鹽度影響下，陽(yáng)極COD的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，且一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)在10％海水比例時(shí)最高(0.123)是70％海水比例(0.051)的2.41倍;陰極氨氮的去除，當(dāng)鹽度增加至30％海水比例時(shí)，反應(yīng)級(jí)數(shù)由一級(jí)變成二級(jí)，二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)由9.92×10-5（30％海水比例）降至1.20×10-5（70％海水比例），說(shuō)明鹽度對(duì)陽(yáng)極COD的降解影響較小，對(duì)陰極氨氮的去除影響較大。<

6、br>　　隨著DO濃度的增加，陽(yáng)極COD的降解基本符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，DO為7mg/L反應(yīng)速率常數(shù)是DO為0.2 mg/L的4.6倍。說(shuō)明DO對(duì)陽(yáng)極微生物降解COD的過(guò)程影響較大。DO=4.6 mg/L與DO=7 mg/L的反應(yīng)速率常數(shù)較為接近;陰極氨氮的去除基本符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)，反應(yīng)速率常數(shù)隨著DO的增加而增大，DO為7 mg/L的一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)是DO為2mg/L的10.5倍。
　　對(duì)比冪函數(shù)動(dòng)力學(xué)模型和Monod模型，得出Mo