基于微生物電化學(xué)系統(tǒng)的廢水處理技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，微生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical system，BES)在許多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。BES的應(yīng)用研究主要集中在廢水處理、生物傳感器、電化學(xué)活性微生物的基礎(chǔ)研究、溫室氣體減排和新能源的開發(fā)等領(lǐng)域。本論文以基于BES的廢水處理技術(shù)為主線，開展了一系列的工作。
　　 首先，按照利用微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)陰極還原能力去除污染物的思路，開發(fā)了一種利用MFC陰極處理

2、含六價(jià)鉻電鍍廢水的工藝，并優(yōu)化了操作參數(shù)。在以石墨紙為電極，pH=2的最優(yōu)條件下，對(duì)含204 ppm六價(jià)鉻的實(shí)際電鍍廢水處理25小時(shí)后，六價(jià)鉻和總鉻的去除率分別達(dá)到了99.5％和66.2％。該工藝在脫鉻的過(guò)程中能同步回收電能，其最大輸出功率密度達(dá)到1600mW/m2。電極表面沉積物的X射線光電子能譜分析結(jié)果表明六價(jià)鉻和總鉻是以三氧化二鉻沉積的形式去除的。
　　 然后，按照MFC陰陽(yáng)兩極協(xié)同處理廢水的思路，開發(fā)了MFC與厭氧/好氧

3、工藝(A/O)相結(jié)合的新型A/O-MFC集成系統(tǒng)，并將其用于處理含剛果紅的染料廢水。參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，作為碳源和電子供體的葡萄糖濃度為1000 mg/l，水力停留時(shí)間為14.8小時(shí)是最佳條件。在此條件下，COD和色度的去除率可以分別達(dá)到92.7％和94.1％，電能輸出功率密度為552 mW/m2。紫外可見(jiàn)分光光度全波掃描和氣相色譜-質(zhì)譜的分析結(jié)果表明MFC陽(yáng)極能破壞偶氮鍵；陰極能進(jìn)一步降解厭氧過(guò)程中產(chǎn)生的芳香胺。
　　 為了

4、使BES系統(tǒng)更適于廢水處理的實(shí)際應(yīng)用，解決傳統(tǒng)空氣陰極單室MFC的不足，開發(fā)了溢流降膜式反應(yīng)器。利用反應(yīng)器中流態(tài)的特點(diǎn)，該型反應(yīng)器能有效抑制氧氣的擴(kuò)散，提高無(wú)膜MFC的庫(kù)倫效率。在最優(yōu)條件下，該反應(yīng)器能輸出的最大功率密度為18.21 W/m3，最高庫(kù)倫效率可以達(dá)到39.5％。
　　 在此基礎(chǔ)上，基于層流微流態(tài)BES構(gòu)建了一種利用層流來(lái)分隔陰陽(yáng)兩極的無(wú)膜MFC，并初步考察了其產(chǎn)電性能。極化曲線測(cè)試結(jié)果顯示該無(wú)膜MFC可以輸出的最大

5、功率密度為378.13 W/m3。這種基于層流微流態(tài)裝置的BES還被進(jìn)一步用來(lái)作為測(cè)試短期化學(xué)沖擊對(duì)電化學(xué)活性微生物Geobacter sulfurreducens活性影響的研究平臺(tái)。結(jié)果顯示：二硫蒽醌可以有效提高G sulfurreducens的產(chǎn)電性能；短時(shí)間的氧氣沖擊不會(huì)對(duì)其造成不可逆的損害。
　　 在優(yōu)化工藝和MFC反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種以電化學(xué)活性微生物為計(jì)算核心的邏輯與門作為對(duì)其實(shí)行智能控制的基礎(chǔ)元件。該邏輯與門