pH與氣相環(huán)境對(duì)微生物電解池產(chǎn)氫的影響.pdf

1、隨著工業(yè)化發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，環(huán)境污染和能源危機(jī)仍然是全球亟待解決的問題。污水中的有機(jī)污染物蘊(yùn)含大量化學(xué)能，如果在污水處理同時(shí)，將污染物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可再生清潔能源，將有利于緩解全球能源危機(jī)和降低污水處理能耗。開展新型的污水處理與能源化技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。微生物電化學(xué)系統(tǒng)是新興的廢水處理技術(shù)，該技術(shù)在處理有機(jī)或無機(jī)污染物同時(shí)回收生物能源。開展生態(tài)條件對(duì)微生物電化學(xué)系統(tǒng)能源回收影響研究，確定最佳的生態(tài)條件，將為該系統(tǒng)放大化和定

2、向調(diào)控奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)于有機(jī)污染物定向生物轉(zhuǎn)化具有重要意義。
　　本研究利用單室微生物電解池（MEC）反應(yīng)器，分別研究不同pH、氣體環(huán)境條件、溶液中銨鹽對(duì)微生物電解池（MEC）的產(chǎn)氫效能、底物轉(zhuǎn)化率、能量轉(zhuǎn)化率及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。進(jìn)而優(yōu)化MEC的運(yùn)行條件，提高M(jìn)EC產(chǎn)氫能力。
　　實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，起始pH對(duì)MEC系統(tǒng)性能具有明顯的影響。而在pH7~10的范圍內(nèi)，在進(jìn)水COD為1801±5.45mg/L，MEC系統(tǒng)出水COD

3、去除率變化不大，表明MEC系統(tǒng)具有較大pH適應(yīng)范圍，但是能獲得高產(chǎn)氫率的最佳pH為8。在pH5時(shí)沒有氫氣產(chǎn)生。在pH為8時(shí)MEC系統(tǒng)得到了最大的氫氣產(chǎn)率和產(chǎn)氫速率，分別為2.43mmol-H2/mol-乙酸和0.936m3/m3·d，最大庫倫效率為115.2％。高通量454焦磷酸測(cè)序結(jié)果表明不同pH下MEC陽極生物膜具有較高的生物多樣性，Bacteroidetes、Firmicutes以及Proteobacteria三個(gè)門為所有MEC反

4、應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)菌門。優(yōu)勢(shì)產(chǎn)電菌屬主要是Geobacter和Enterobacter。
　　光合MEC反應(yīng)器中，不同氣體環(huán)境對(duì)其產(chǎn)氫效果和能量轉(zhuǎn)化效率具有顯著影響。曝氮?dú)夂蜌鍤饨M明顯優(yōu)于非曝氣（空氣）實(shí)驗(yàn)組。在曝氮?dú)鈱?shí)驗(yàn)組中，氫氣產(chǎn)量和產(chǎn)率隨外加電壓的增強(qiáng)而逐漸升高，隨后會(huì)趨于穩(wěn)定，氫氣濃度均達(dá)到了88-89%。當(dāng)外加電壓等于0.8V時(shí)，在氬氣的實(shí)驗(yàn)組中最大氫氣產(chǎn)量和產(chǎn)率分別為6.44 m3/m3·d，氫氣產(chǎn)量為3.85 mol H2/

5、mol-acetate，略高于同等條件下曝氮?dú)獾膶?shí)驗(yàn)組3.61 mol H2/mol-acetate和3.99 m3/m3?d。電壓大于0.6V時(shí)，曝氬氣組的庫倫效率(96~98±0%)略高于曝氮?dú)饨M(90~94%)。曝氬氣組優(yōu)于氮?dú)饨M，分析認(rèn)為MEC中的光合細(xì)菌可能在氬氣條件下進(jìn)一步產(chǎn)氫，在光合MEC系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)了光合產(chǎn)氫和陰極的電輔助產(chǎn)氫。
　　溶液中銨鹽濃度對(duì)MEC系統(tǒng)性能具有影響，當(dāng)氨氮濃度為350mg/L時(shí)，反應(yīng)器的CO