微生物燃料電池—人工濕地系統(tǒng)處理污水效果及產(chǎn)電性能.pdf

1、針對(duì)目前我國水資源嚴(yán)重短缺，城鎮(zhèn)污水處理率不高等問題，本文提出微生物燃料電池（Microbial fuel cell, MFC）—人工濕地（Constructed wetland，CW）系統(tǒng)，在處理生活污水的同時(shí)將污水中化學(xué)能以電能的形式回收，實(shí)現(xiàn)污水處理及資源化。
　　MFC-CW系統(tǒng)陽極區(qū)填充3種粒徑的活性炭顆粒，陰極采用生物陰極。研究5個(gè)水力停留時(shí)間下MFC-CW系統(tǒng)的污水處理效果及產(chǎn)電性能，優(yōu)化出MFC-CW系統(tǒng)處理生活污

2、水效果最好的2個(gè)水力停留時(shí)間（HRT）。在優(yōu)化出的2個(gè)HRT下以相同條件運(yùn)行MFC-CW系統(tǒng)和CW系統(tǒng)，考察生物產(chǎn)電對(duì)CW系統(tǒng)處理生活污水的促進(jìn)效果。在HRT為12h下對(duì)MFC-CW系統(tǒng)和CW系統(tǒng)不同基質(zhì)層出水進(jìn)行樹脂分級(jí)實(shí)驗(yàn)，研究出水中溶解性有機(jī)污染物（DOM）中不同組分的分布情況及在系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
　　考察5個(gè)HRT下MFC-CW系統(tǒng)處理生活污水效果及產(chǎn)電性能，結(jié)果表明：隨著 HRT的延長，系統(tǒng)對(duì)污水中COD和NH4+

3、-N的去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，SS去除效率逐漸增加。當(dāng)HRT為12h時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD和NH4+-N的去除效果最好，分別達(dá)到89.2％和36.0%，SS為93.2%。系統(tǒng)內(nèi)阻隨HRT的延長呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng) HRT為6h時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定輸出電壓為0.68V，系統(tǒng)獲得最小內(nèi)阻為46.2?和最大功率密度為1.30W/m3。當(dāng)HRT為48h時(shí)，獲得最大庫倫效率為7.96%。系統(tǒng)陰極停止曝氣后12h時(shí)，陰極區(qū)溶解氧由7.3mg/L降低到2.

4、0mg/L，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)輸出電壓下降0.002V，當(dāng)停止曝氣時(shí)間達(dá)到24h時(shí)，輸出電壓降低0.009V。
　　MFC-CW系統(tǒng)和CW系統(tǒng)在2個(gè)HRT下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：MFC-CW系統(tǒng)不同基質(zhì)層出水的PH值均略小于CW系統(tǒng)，水力停留時(shí)間越長（48h）兩系統(tǒng)出水的PH值越小。HRT為12h時(shí)，MFC-CW系統(tǒng)出水COD去除率達(dá)到83.1%，CW系統(tǒng)為74.6%，生物產(chǎn)電作用有助于CW系統(tǒng)對(duì)污水中COD的降解。HRT為12h時(shí)MFC-CW系

5、統(tǒng)對(duì)TN去除率達(dá)到16.6%，HRT為48h時(shí)去除率達(dá)到8.3%。TN主要來自于NH4+-N，HRT為48h時(shí)，MFC-CW系統(tǒng)各層基質(zhì)對(duì)NH4+-N的去除率分別為4.5%、3.4%和2.0%。
　　對(duì)系統(tǒng)不同基質(zhì)層出水DOM進(jìn)行樹脂分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著基質(zhì)層的加深兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)DOC的去除效果均有提高。生物產(chǎn)電作用可以促進(jìn)CW系統(tǒng)對(duì)HPI、HPO-A和HPO-N的降解；而HPO-N和TPI-N可以被完全降解；MFC-CW系統(tǒng)和CW

6、系統(tǒng)對(duì)TPI-A的去除效果較差幾乎沒有。MFC-CW系統(tǒng)上層基質(zhì)對(duì)UV-254的去除效果（74.2%）已優(yōu)于CW系統(tǒng)下層處理效果（69.9%）。進(jìn)一步分析表明，生物產(chǎn)電作用主要促進(jìn)CW系統(tǒng)對(duì)親水性（HPI）蛋白質(zhì)的降解，而CW系統(tǒng)對(duì)TPI-A組分表征的蛋白質(zhì)的降解效果優(yōu)于MFC-CW系統(tǒng)。MFC-CW系統(tǒng)較CW系統(tǒng)對(duì)多糖的去除效果好。MFC-CW系統(tǒng)不僅對(duì)細(xì)胞代謝產(chǎn)物有較好的處理效果而且對(duì)CW系統(tǒng)不能降解的富里酸類熒光物質(zhì)也具有去除作用