基于光催化燃料電池技術的電生物強化脫氮研究.pdf

1、隨著工農業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，水體含氮量普遍上升，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象頻發(fā)，嚴重威脅湖泊水生態(tài)系統(tǒng)與飲用水安全。我國已嚴格限定飲用水中的硝酸鹽氮含量（10 mg·L-1以下），但硝酸鹽氮在水體中的化學性質比含碳有機物更加穩(wěn)定，如何在廢水中更加高效地去除硝酸鹽氮是水體深度脫氮研究的難點之一。電極生物膜反應器（bio-film electrode reactor，BER）結合了電化學還原與微生物脫氮的優(yōu)點，近年來備受關注。但BER方法尚

2、存在微生物與電化學協(xié)同機制不明確、電化學方法能耗大等問題。進一步量化電化學強化微生物脫氮性能并尋找清潔替代能源以降低能耗成為本研究的重點。
　　本論文采用光催化燃料電池（photocatalytic fuel cell，PFC）產(chǎn)生的低品位微電能供給BER脫氮系統(tǒng)，研究以清潔、低成本的光能驅動電化學協(xié)同微生物脫氮反應去除水體中硝酸鹽氮的光電化學作用機制與微生物學協(xié)同機理，為最終實現(xiàn)穩(wěn)定、低成本地依靠光催化燃料電池進行電生物脫氮提供

3、技術支撐。具體研究內容如下：
　?。?）高效光催化燃料電池 TiO2陽極的制備與表征。采用了脈沖式超聲輔助有機相陽極氧化法制備深丘型二氧化鈦納米管陣列，氧化電壓40 V，氧化溫度45℃，氧化時間8 h下制備的光陽極光電響應性能最佳。
　?。?）多陰極BER脫氮反應器脫氮研究。自制了多陰極BER，增強傳質，考察了低電壓下BER的脫氮效果。實驗表明：當電壓為0.25 V時，反應器6 h內對120 mg·L-1硝酸鹽氮的去除速率可

4、達16.58 mg·L-1·h-1，是不加電壓馴化的198％。優(yōu)化了反應器的反應溫度為30~35℃，初始pH為7.0。
　?。?）光催化燃料電池與多陰極 BER脫氮反應器的匹配研究。將深丘型二氧化鈦納米管光陽極組裝為循環(huán)液膜光催化燃料電池PFC，由PFC為BER提供電源。燃料電池供電穩(wěn)定，在6天時間內可持續(xù)為脫氮反應器供電，系統(tǒng)脫氮效果穩(wěn)定。
　?。?）多陰極BER脫氮反應器生物種群研究。通過電鏡掃描、16S rDNA測序技