微生物燃料電池在人工濕地中的基礎研究應用.pdf

1、針對難降解有機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難降解有機物凈化的潛能。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)型及運行條件；并在此基礎上開展以偶氮染料活性艷紅為代表的難降解性有機物的凈化及產(chǎn)電效能，初步解析難降解有機物的降解機理。主要研究內(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)能夠長劃穩(wěn)定運行，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對污染物去除也有促進作用。同時形成生物活性炭吸附再生能力強，且較碳布能吸附更多的產(chǎn)電菌而促進電能的產(chǎn)生。CWMFC中的植物根系表面以及電極表面富集有較多產(chǎn)電細菌。
　　優(yōu)化CWMFC系統(tǒng)運行條件，比較不同

3、電極間距，表明系統(tǒng)電極間距20cm時開路電壓最大，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，促進了陰極反應的進行。進水COD控制在一定的范圍內(nèi)能使系統(tǒng)在凈化效率、功率密度和庫侖效率達到優(yōu)化平衡；同時提高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。通過改善溶液電導率以及緩沖性能可以提高系

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