微生物燃料電池在人工濕地中的基礎(chǔ)研究應(yīng)用.pdf

1、針對(duì)難降解有機(jī)物而提出的人工濕地-微生物燃料電池(CWMFC)，充分結(jié)合了人工濕地(CW)在結(jié)構(gòu)上具備構(gòu)建微生物燃料電池(MFC)的有利條件及其在功能上對(duì)難降解有機(jī)物凈化的潛能。研究于垂直流人工濕地中構(gòu)建MFC，在模擬生活污水條件下優(yōu)化其構(gòu)型及運(yùn)行條件；并在此基礎(chǔ)上開展以偶氮染料活性艷紅為代表的難降解性有機(jī)物的凈化及產(chǎn)電效能，初步解析難降解有機(jī)物的降解機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　組建CWMFC系統(tǒng)，開展模擬生活污水條件

2、下的水質(zhì)凈化及產(chǎn)電性能研究。系統(tǒng)能夠長(zhǎng)劃穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生的最大功率密度約為0.198 W/m3，內(nèi)阻約為339.8Ω，實(shí)現(xiàn)了廢水處理并同步產(chǎn)電?？疾煜到y(tǒng)連續(xù)流狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行，污染物的凈化途徑包括活性炭和微生物的凈化效能，以及MFC對(duì)污染物去除也有促進(jìn)作用。同時(shí)形成生物活性炭吸附再生能力強(qiáng)，且較碳布能吸附更多的產(chǎn)電菌而促進(jìn)電能的產(chǎn)生。CWMFC中的植物根系表面以及電極表面富集有較多產(chǎn)電細(xì)菌。
　　優(yōu)化CWMFC系統(tǒng)運(yùn)行條件，比較不同

3、電極間距，表明系統(tǒng)電極間距20cm時(shí)開路電壓最大，最大功率密度最高，內(nèi)阻最小，產(chǎn)電性能最佳。研究不同陰極構(gòu)型，表明系統(tǒng)最佳陰極構(gòu)造為不銹鋼絲網(wǎng)包埋于活性炭層，既增加了系統(tǒng)的導(dǎo)電性能，又增加了系統(tǒng)的比表面積，能夠有效增加系統(tǒng)溶氧能力，促進(jìn)了陰極反應(yīng)的進(jìn)行。進(jìn)水COD控制在一定的范圍內(nèi)能使系統(tǒng)在凈化效率、功率密度和庫(kù)侖效率達(dá)到優(yōu)化平衡；同時(shí)提高CWMFC產(chǎn)電性能的途徑是提高其空氣陰極的催化和傳質(zhì)性能。通過(guò)改善溶液電導(dǎo)率以及緩沖性能可以提高系

4、統(tǒng)性能。
　　研究CWMFC以難降解性有機(jī)物X-3B為底物時(shí)的凈化及產(chǎn)電效能，在共基質(zhì)誘導(dǎo)下促進(jìn)了對(duì)X-3B的降解。盡管在冬季較低氣溫條件下，在較長(zhǎng)水力停留時(shí)間時(shí)CWMFC對(duì)單一碳源X-3B仍具有較好的去除效果，其去除率達(dá)到92.6％；但HRT過(guò)長(zhǎng)不利于系統(tǒng)的產(chǎn)電，當(dāng)系統(tǒng)水力停留時(shí)間為72h時(shí)能使難降解有機(jī)物有效凈化的同時(shí)獲得較高的功率輸出。初步解析X-3B在CWMFC中的降解機(jī)理，X-3B分子的大共軛發(fā)色體系首先被打破，萘環(huán)也較