SMFC-SMEC耦合系統(tǒng)去除廢水中銅與鎳離子的研究.pdf

1、目前重金屬污染已然成為當(dāng)前環(huán)境污染的重要問題之一，在廢水中存在著多種多樣的重金屬離子及有機(jī)物質(zhì)，微生物電化學(xué)系統(tǒng)（BES）結(jié)合了微生物和電化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)可以高效地降解有機(jī)物及還原去除重金屬，可以更好地實(shí)現(xiàn)了能源的有效利用及污染物的去除，較其他重金屬處理處置技術(shù)具有許多優(yōu)勢。對于重金屬的還原去除，諸多的研究集中于雙室BES處理重金屬廢水。因此本文主要研究了單室微生物燃料電池（SMFC）和單室微生物電解池（SMEC）及二者耦合系統(tǒng)對重金屬（

2、Cu(II)和Ni(II)）的去除效果。
　　本論文首先通過SMFC和SMEC處理單一重金屬廢水（Cu(II)和Ni(II)），優(yōu)化了其環(huán)境條件（重金屬濃度、初始pH、外加電阻、外加電壓等）對重金屬去除的影響。對于SMFC處理含銅模擬廢水，對 Cu(II)的最大耐受濃度為12.5mg/L，酸性（pH6.0）和高電流密度（500Ω）條件下利于Cu(II)的還原，形成單質(zhì)沉積物。SMEC處理含鎳廢水具有相似規(guī)律，在最適外加電壓0.7V

3、下Ni(II)的最大耐受濃度為12.5mg/L，在中性環(huán)境（pH7.0）條件和較高濃度 PBS（100mM）下更適合Ni(II)的去除。
　　其次，采用并聯(lián)模式進(jìn)行SMFC與SMEC的耦合，電壓能夠穩(wěn)定且可以實(shí)現(xiàn)對重金屬（Cu(II)和Ni(II)）的有效去除。在并聯(lián)連接方式下考察了SMFC數(shù)量和外電阻對輸出電壓和重金屬去除率的影響，2個(gè)SMFCs并聯(lián)耦合SMEC可以提高系統(tǒng)電能的輸出及Ni(II的)去除率；Ni2+的去除率和輸出

4、電壓較150Ω時(shí)分別提高了51.4％和58.6%，銅的去除率相略微增加。在高電阻下具有相似規(guī)律，輸出電壓從0.230V（150Ω）提高到0.300V（300Ω），Ni(II)和Cu(II)的去除率分別提高了48.8%和7.3%。增加SMFC反應(yīng)器數(shù)量和提高外電阻可以促進(jìn)耦合系統(tǒng)的電壓輸出及重金屬的去除。
　　最后，采用平行因子法分析了BESs中Cu(II)和Ni(II)的去除途徑，得出重金屬的去除主要通過通過材料吸附，微生物作用。

5、通過SEM-EDS和XPS分析，Cu(II)和Ni(II)還原為單質(zhì)或低價(jià)物質(zhì)，其還原物主要形成顆粒物沉積于陰極表面。Illumina高通量測序顯示，SMFC和SMEC陽極功能微生物主要為Geobacter.sp，陰極微生物復(fù)雜多變。在SMFC中，陰極微生物優(yōu)勢菌門為Proteobacteria和Synergistetes，隨著 Cu(II)濃度的增加，陰極微生物結(jié)構(gòu)與數(shù)量變化明顯，菌屬Ochrobactrum sp.和Azospiri