生物膜電極法耦合人工濕地型微生物燃料電池對難降解有機物去除特性的研究.pdf

1、本文以生物膜電極反應器(BER)作為人工濕地型微生物燃料電池(CWMFC)的前處理，利用BER單元的電化學和生物電化學作用，提高難降解有機印染廢水的可生化性，促進CWMFC單元對難降解有機印染廢水的去除和同步產(chǎn)電，同時將CWMFC產(chǎn)生的電能用于BER，形成BER-CWMFC耦合系統(tǒng)，從能量和物質(zhì)兩方面達到耦合。以偶氮染料活性艷紅X-3B作為目標污染物，研究了一體式BER與三維BER對活性艷紅X-3B的去除效果和影響因素，重點考察了一體式

2、BER-CWMFC耦合系統(tǒng)與三維BER-CWMFC耦合系統(tǒng)的電學特性和對X-3B的降解特性。研究結(jié)果如下;
　　研究了電壓對一體式BER去除性能的影響，結(jié)果表明當電壓不低于0.8V時，電化學和生物電化學的促進作用才較為明顯，電壓0.8V和1.0V時一體式BER的X-3B去除率比對照系高出18.63％和35.86％。構建一體式BER-CWMFC耦合系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)耦合系統(tǒng)中CWMFC堆棧電池堆最大輸出電壓為0.95V，最大輸出功率為0.2

3、1mW，同時CWMFC堆棧電池堆未出現(xiàn)電壓反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。結(jié)果表明，一體式BER-CWMFC耦合系統(tǒng)的X-3B去除率相比未耦合時的一體式BER裝置與CWMFC裝置分別提高了34.46％和7.16％，耦合后X-3B的去除率得到了提高。研究了電流對一體式BER-CWMFC耦合系統(tǒng)的影響，耦合系統(tǒng)中一體式BER單元的CODcr去除率與X-3B去除率變化趨勢與電流變化一致，隨著電流的升高而升高，CODcr去除率在73.00％～88.62％之

4、間，X-3B去除率在44.03％～60.70％之間;耦合系統(tǒng)中一體式BER在0.2～0.6V電壓內(nèi)仍能保持較好的X-3B去除性能。隨著電流變化，耦合系統(tǒng)中兩個CWMFC單元的CODcr去除率相似，穩(wěn)定在75.00％左右，而兩個CWMFC單元的X-3B去除率差異變大，電流的變化促使CWMFC-1的X-3B去除性能得到了提高，而CWMFC-2的X-3B去除性能受到了抑制，因此整個耦合系統(tǒng)的X-3B去除率隨著電流的變化而略有下降。
　　

5、研究了進水X-3B的濃度及外加電壓對三維BER降解X-3B的影響。結(jié)果表明，電化學和生物電化學作用提高了三維BER對X-3B的去除能力，相比未加電的三維BER，其X-3B去除率提高了20.00％左右。在0.5～2.0V范圍內(nèi)，電壓對三維BER的促進作用相似;進水X-3B的濃度在200～800mg/L時，進水濃度對三維BER去除X-3B的性能無明顯影響;三維BER裝置的表觀內(nèi)阻穩(wěn)定。結(jié)合UV-Vis和GC-MS分析，三維BER對X-3B的

6、去除首先是偶氮雙鍵的斷裂，在陰極表面產(chǎn)生的苯胺等芳香胺類物質(zhì)可以在陽極作用下得到進一步的降解。
　　構建三維BER-CWMFC耦合系統(tǒng)，對耦合系統(tǒng)的電學特性與X-3B的降解特性進行研究。結(jié)果表明三維BER-CWMFC耦合系統(tǒng)能有效去除高濃度活性艷紅X-3B廢水，當進水X-3B濃度分別為500mg/L和1000mg/L時，其X-3B去除率均在99.00％以上。三維BER-CWMFC耦合系統(tǒng)運行穩(wěn)定，CWMFC單元的最大輸出電壓為0.