影響厭氧氨氧化微生物燃料電池脫氮性能的因素研究.pdf

1、面對(duì)能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力，兼具脫氮產(chǎn)電性能的微生物燃料電池(MFC)和簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的厭氧氨氧化(ANAMMOX)脫氮工藝成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前，已有研究者成功實(shí)現(xiàn)微生物燃料電池和厭氧氨氧化工藝的結(jié)合，但仍需進(jìn)一步探明不同影響因素對(duì)厭氧氨氧化微生物燃料電池脫氮產(chǎn)電性能的影響。
　　本文通過(guò)接種厭氧氨氧化污泥到微生物燃料電池陽(yáng)極，成功啟動(dòng)厭氧氨氧化微生物燃料電池(ANAMMOX-MFC)，并進(jìn)一步研究了不同因素對(duì)其脫氮產(chǎn)

2、電性能的影響，以及葡萄糖和苯酚對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的影響，主要結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)接種厭氧氨氧化污泥，并逐步提高基質(zhì)濃度，經(jīng)過(guò)35天成功啟動(dòng)ANAMMOX-MFC。
　　本實(shí)驗(yàn)通過(guò)接種ANAMMOX污泥到MFC陽(yáng)極室，采用逐步提升基質(zhì)濃度(30mg/L～90mg/L)的方法，經(jīng)過(guò)35天的調(diào)試運(yùn)行成功啟動(dòng)ANAMMOX-MFC。穩(wěn)定運(yùn)行期間，NH4+-N、NO2--N和TN去除效率保持在75％、91％和7

3、6％，NH4+-N、NO2--N和TN的去除速率保持在203.8±5.6mgN/L·d、246.7±7.3 mgN/L·d和406.9±9.5mgN/L·d，此時(shí)NH4+-N去除:NO2--N去除:NO3--N生成等于1∶1.21∶0.21接近于理論值1∶1.32∶0.26。外電阻為1000Ω時(shí)，最大輸出電壓和最大輸出功率密度保持在204.2±3.7mV和92.7±1.2mW/m3。
　　(2) ANAMMOX-MFC基質(zhì)抑制動(dòng)力

4、學(xué)研究，揭示了ANAMMOX-MFC污染物降解動(dòng)力學(xué)規(guī)律。
　　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)Haldane動(dòng)力學(xué)模型擬合，得到基質(zhì)NH4+-N最大比反應(yīng)速率qmax為0.397kgN/m3·d，氨氮半飽和常數(shù)Ks為90.09mg/L，氨氮抑制常數(shù)Ki為301.33mg/L。相關(guān)系數(shù)R2為0.972。得到基質(zhì)NO2--N最大比反應(yīng)速率qma為0.4383kgN/m3·d，亞硝態(tài)氮半飽和常數(shù)Ks為20.39mg/L，亞硝態(tài)氮抑制常數(shù)為80.53mg/

5、L，相關(guān)系數(shù)R2為0.969。
　　(3)考察了HRT、溫度和pH對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的影響。
　　設(shè)定HRT變化梯度為(6h、8h、10h)，本試驗(yàn)條件下ANAMMOX-MFC的最適HRT為8h，HRT過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)都會(huì)對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能產(chǎn)生影響。
　　設(shè)定溫度變化梯度為(25℃、30℃、35℃、40℃)，本試驗(yàn)條件下ANAMMOX-MFC的最適溫度為35℃，高于或低于此溫度ANAMMO

6、X-MFC的脫氮產(chǎn)電性能都會(huì)受到抑制。經(jīng)過(guò)極化曲線擬合得到溫度變化對(duì)ANAMMOX-MFC內(nèi)阻影響較小，不同溫度條件下輸出電壓和容積脫氮速率密切相關(guān)，可以通過(guò)輸出電壓變化來(lái)指示容積脫氮速率。
　　設(shè)定pH變化梯度為(6.5、7.5、8.5、9.5)，得出ANAMMOX-MFC的最適pH為7.5，pH值過(guò)高或過(guò)低ANAMMOX-MFC的脫氮產(chǎn)電性能都會(huì)受到抑制。經(jīng)過(guò)極化曲線擬合得到pH值變化對(duì)ANAMMOX-MFC內(nèi)阻影響較小。

7、r>　　(4)研究了葡萄糖對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的影響。
　　研究了不同濃度葡萄糖對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的短期影響，設(shè)定COD梯度為(125mg/L、240mg/L、373mg/L、507mg/L、613mg/L)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)COD較低(125mg/L～240 mg/L)時(shí)，對(duì)ANAMMOX菌有促進(jìn)作用，ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能增強(qiáng)，此時(shí)反應(yīng)器進(jìn)出水COD變化不大;當(dāng)COD高于373mg

8、/L時(shí)，產(chǎn)電性能逐漸下降，NH4+-N去除率和去除速率逐漸下降，而NO2--N去除率和去除速率基本保持不變，此時(shí)出水COD也出現(xiàn)降低，說(shuō)明厭氧氨氧化菌活性受到抑制，反硝化菌活性開(kāi)始增強(qiáng)。極化曲線擬合程度較低，COD濃度變化對(duì)電池內(nèi)阻影響較小。
　　(5)研究了苯酚對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的影響。
　　研究了不同濃度苯酚對(duì)ANAMMOX-MFC脫氮產(chǎn)電性能的短期影響，設(shè)定COD梯度為(120mg/L、240mg/L