微生物燃料電池技術(shù)處理廢水中Cr(VI)和Cr(III)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)技術(shù)作為上世紀(jì)60年代以來(lái)廣被關(guān)注的一種廢水處理新技術(shù)，能夠在降解廢水中污染物的同時(shí)產(chǎn)生一定的電能。本研究采用以碳刷作為陽(yáng)極、碳布作為陰極的傳統(tǒng)雙室微生物燃料電池(MFCs)，第一階段對(duì)電池的基本性能進(jìn)行分析，獲得較佳的實(shí)驗(yàn)條件；第二階段對(duì)比不同尺寸的電池A和 B，對(duì)模擬含鉻廢水中 Cr(VI)的去除效率以及電池的產(chǎn)電性能進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)去污與產(chǎn)能的雙重效益；第三階段采用雙電池聯(lián)用模式，嘗試對(duì)模擬鉻污染廢水中 Cr

2、(VI)和 Cr(III)的同時(shí)治理。利用1號(hào)電池中 Cr(VI)作為陰極電子受體時(shí)產(chǎn)生的電能直接提供給2號(hào)電池，使2號(hào)電池陰極中 Cr(III)在外加電源的作用下發(fā)生還原反應(yīng)降解為更低價(jià)態(tài)的離子或單質(zhì) Cr，實(shí)現(xiàn)廢物的回收利用。通過(guò)多次試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：
　?。?）電解液濃度是影響電池產(chǎn)電性能的一個(gè)重要因素，當(dāng)300 mM KCl和25 mM KCl作為支持電解質(zhì)分別加入電池的陰極液和陽(yáng)極液時(shí)，相比于陰極添加200 mM KC

3、l而陽(yáng)極無(wú)KCl添加，電池的產(chǎn)電功率有51.5％的提高。
　?。?）陰極電解液保持強(qiáng)酸性（pH=2.0）有利于Cr(VI)的還原，添加具有緩沖作用的KH2PO4保證了溶液酸度的穩(wěn)定，使 Cr(VI)的去除率由70.0%上升到99.9%。
　?。?）相對(duì)于氮?dú)怅帢O，當(dāng)陰極通入空氣時(shí)，O2能夠得到電子生成中間產(chǎn)物H2O和H2O2，當(dāng)H2O2與Cr(VI)同時(shí)存在于酸性體系中，H2O2會(huì)轉(zhuǎn)化為一種還原劑，加速了Cr(VI)的還原，

4、同時(shí)也優(yōu)化了電池的產(chǎn)電性能。
　　（4）對(duì)比不同尺寸的MFC發(fā)現(xiàn)，電池的大小以及曝氣速率對(duì) Cr(VI)的去除效率和電池產(chǎn)電效率都有影響。一定程度上陰極通入的空氣量越多越有利于電池的產(chǎn)電，相對(duì)于大電池 A，在通入空氣時(shí)小電池 B不適宜處理高濃度的Cr(VI)。而無(wú)空氣參與的情況下，A電池仍能有較可觀的Cr(VI)去除率和產(chǎn)電量，而B電池運(yùn)行效果較差，不適于本實(shí)驗(yàn)研究。
　?。?）雙電池聯(lián)用技術(shù)能夠在一定程度上同時(shí)去除 Cr(

5、VI)和 Cr(III)。1號(hào)電池空氣陰極以及2號(hào)電池陰極緩沖性能都是影響 Cr(VI)和 Cr(III)去除效率的重要因素。相對(duì)于Cr(VI)，Cr(III)能夠達(dá)到較高的去除率，并且Cr(III)的去除率隨著初始濃度的增大而升高，且所有的去除過(guò)程在10 h內(nèi)基本完成。設(shè)定Cr(VI)與Cr(III)的濃度比為2:1，保證了Cr(III)的較高去除量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推斷采用更高的Cr(VI)與Cr(III)濃度比能實(shí)現(xiàn)Cr(III)