微生物電容脫鹽燃料電池處理高含鹽廢水的特性研究.pdf

1、微生物電容脫鹽燃料電池(Microbial capacity desalination cell,MCDC)是在微生物脫鹽燃料電池(Microbial desalination cell,MDC)基礎上,發(fā)展的一種最新型集脫鹽、水處理和產能為一體的技術。濱海地區(qū)的污水處理廠出水一般都含有較高鹽濃度,傳統(tǒng)脫鹽工藝需要較高能耗。利用MCDC技術有望實現(xiàn)再生水零能耗脫鹽,具有良好應用前景。但是該項新技術目前還存在多個關鍵問題需要突破,例如陰極

2、室溶液鹽度、pH升高加重膜污染、反應器長期運行效果不穩(wěn)定等。本論文以提高脫鹽效能和運行穩(wěn)定性為主要目標,開展了MCDC反應器結構對比及脫鹽效能與機理研究。
　　為了調整鹽度分配和改善陰極液pH升高問題,開發(fā)了三種新構型反應器:(1)采用陽離子交換膜(CEM)分隔陽極室與脫鹽室,陰離子交換膜(AEM)分隔脫鹽室與陰極室,該反應器命名為E-MCDC,以實現(xiàn)在脫除脫鹽室溶液鹽度的同時,對陰陽極室溶液進行部分脫鹽。(2)采用兩張AEM分隔

3、三室,該反應器命名為A-MCDC。實現(xiàn)對脫鹽室、陰極室同時脫鹽和緩解了陰極室pH波動的效果。(3)采用兩張CEM分隔三室,該反應器命名為C-MCDC,實現(xiàn)對脫鹽室、陽極室同時脫鹽和緩解陽極室pH波動的效果。三種MCDCs脫鹽室脫鹽效率分別為47.71％、43.32%和51.61%,三種反應器的三室共同吸附量分別為31.25、26.63和29.1mgTDS/gACC?；钚蕴疾?ACC)電容電極具有物理吸附和電吸附的作用。電吸附作用在三種M

4、CDCs脫鹽室的脫鹽作用中分別占29.98%、17.83%和24.81%。三種反應器在第一個脫鹽周期的脫鹽量最大,隨脫鹽次數(shù)的增加,單個周期脫除的鹽分減少。A-MCDC系統(tǒng)的脫鹽、產電性能在5個月的長期脫鹽運行中最為穩(wěn)定。
　　以5g/L的NaCl溶液模擬含鹽廢水的脫鹽試驗中,三種MCDCs在反應開始階段脫鹽室溶液電導率迅速降低,電容吸附飽和后,電導率有略微升高。在運行30min時取得最大脫鹽率。隨鹽溶液濃度的增加,脫鹽率降低,單

5、位電極吸附量增加,根據(jù)Langmuir方程和Freundlich方程的線性擬合得到,E-MCDC、A-MCDC和C-MCDC的最大脫鹽吸附容量分別為72.99、63.29和76.34mg/g,電容吸附為復雜的雙分子層吸附。當流速小于50mL/min時,隨流量的增加脫鹽速率升高,繼續(xù)增大流量,脫鹽效率降低。隨電極對數(shù)的增加,三種MCDCs的脫鹽率增加,單位電極吸附量降低。通過電容電極反接,MCDCs可在1小時內實現(xiàn)電容再生。
　　鹽

6、溶液中離子的組成及傳輸機制對MCDCs系統(tǒng)性能影響較大。Ca2+、Mg2+等多價態(tài)陽離子會顯著地降低系統(tǒng)產能和脫鹽能力,Br-、SO42-等陰離子對系統(tǒng)性能影響不大。C-MCDC存在陰極液pH升高問題,在處理陽離子溶液時,Ca2+、Mg2+更易與氫氧根結合生產氫氧化物而污染膜表面,致使系統(tǒng)脫鹽性能下降。
　　使用實際高含鹽廢水作為脫鹽室和陰陽極室進水,探索含鹽廢水自身作為底物驅動MCDC實現(xiàn)同步產電脫鹽的可行性。E-MCDC、A-