電子流分配對EAM-MFC耦合系統(tǒng)脫氮性能影響及原理分析.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)生物陰極可以利用硝酸鹽作為電子受體，完成電化學(xué)反硝化過程。將其與傳統(tǒng)硝化工藝耦合實現(xiàn)系統(tǒng)脫氮，過程較復(fù)雜且不易控制，限制了系統(tǒng)總氮去除效果。本研究借助膜曝氣生物反應(yīng)器(MABR)獨特的脫氮原理和優(yōu)異的性能將其與MFC工藝結(jié)合，構(gòu)造新型導(dǎo)電膜曝氣生物反應(yīng)器與微生物燃料電池耦合系統(tǒng)(EAM-MFC)，研究電子流分配對系統(tǒng)脫氮效果的影響及MFC陰極電子流調(diào)控機(jī)理。
　　實驗通過變換電池外接電阻調(diào)節(jié)到達(dá)MFC陰極電

2、子流大小，研究電子流變化對耦合系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電性能的影響。結(jié)果表明當(dāng)外接電阻為5Ω時，電流為22mA，耦合系統(tǒng)氨氮和總氮達(dá)最大去除負(fù)荷0.16kg N m-3NCC d-1和0.128kg TN m-3d-1，同時氨氮和總氮最大去除率達(dá)80.90％和80.82％，硝酸鹽幾乎無積累，反硝化反應(yīng)徹底。與開路條件相對比，氨氮去除率提高了19.80％，總氮去除效率可提高22.71％。此時耦合系統(tǒng)脫氮所需碳氮比僅2.89±0.08g COD g-1N

3、H4+-N。研究表明EAM-MFC耦合系統(tǒng)能有效利用陽極電子流，促進(jìn)陰極電化學(xué)生物反硝化作用，降低碳氮比提高脫氮效果。
　　耦合系統(tǒng)陰極同時存在氧氣(O2/H2O=+0.82V)和硝酸鹽(NO3-/0.5N2=+0.74V)兩種電子受體，明確陰極電子受體競爭機(jī)制和陰極脫氮過程中電子流的分配對系統(tǒng)脫氮和產(chǎn)電具有理論指導(dǎo)意義。實驗通過向陰極室單獨提供不同電子受體，分析比較電子利用分配情況。結(jié)果表明，陰極室硝酸鹽單電子受體條件下，電化學(xué)

4、生物反硝化實現(xiàn)硝酸鹽100％去除;氧氣硝酸鹽雙電子受體競爭條件下，陰極硝酸鹽去除率為39.88％;無電子供體條件下陰極硝酸鹽去除率僅13.65％。當(dāng)存在陰極電子受體競爭時，用于脫氮的電子流占總電流的30.37％，而耦合系統(tǒng)陰極硝酸鹽庫倫效率為42.48％。表明，該通過控制耦合系統(tǒng)運(yùn)行條件，可以更好地分配利用陽極產(chǎn)電于陰極脫氮過程，提高電子利用效率。
　　綜上，EAM-MFC耦合系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)電子流分配情況，進(jìn)一步提高電子利用率，降低