三室交互型微生物燃料电池阴极脱氮及产电性能研究

为解决微生物燃料电池阴极室中电极反硝化和非电极反硝化二者的冲突,构建出一种三室交互型微生物燃料电池。在一个循环周期内,电池功率密度平均27.0 mW/cm~2,反硝化速率平均0.92 mg/(L·h),所需有机碳源量COD/NO_3~-仅为3.9,整体性能优于相同条件下的传统双室型微生物燃料电池;交互式控制方式优于三室电池同时开关的运行方式;24 h是实验废水条件的最佳交互时间。三室交互型微生物燃料电池在高效脱氮产电的同时,充分利用了电子供体,节约了反硝化所需的有机碳源。     

微生物燃料电池处理苯酚废水

文章采用能作为电子供体的特征污染物苯酚化合物为阳极室的底物,厌氧微生物为阳极催化剂,钛基-二氧化铅电极为阴极来构建微生物燃料电池,利用阳极室处理苯酚废水,同时输出能量,探求利用微生物燃料电池处理苯酚废水的新模式,且为有毒有害物质的去除提供新方法;同时研究不同温度及苯酚质量浓度对微生物燃料电池处理苯酚废水的性能影响。研究表明,微生物燃料电池能够处理苯酚废水,在苯酚质量浓度为0.15 g/L,温度为35℃的实验条件下去除效率为99.63%。     

污水处理中微生物反硝化脱氮过程及代谢规律

微生物同化、异化反硝化均依赖碳源,且同化C/N为23远高于异化C/N。污水系统中反硝化菌多为兼性厌氧菌,其反硝化效果受DO、碳源种类、温度等因素影响较大。DO与NO3--N为竞争关系,DO存在会抑制反硝化,但高DO有利于反硝化菌的生长。不同碳源反硝化所需C/N不同,污水为碳源时所需的C/N约为4.0-5.0,污泥内源呼吸时反硝化C/N最低为2.9-3.2,但其反硝化速率仅为利用VFA时的1/10。常见VFA如甲醇、乙酸等C/N为3.1-4.1。反硝化过程中还应注意温室气体N2O逸出等问题,偏酸性及较高DO会导致反硝化过程N2O积累与逸出。     

三维电极生物膜脱氮系统的电场响应性

研究三维电极-生物膜反应器对加载电场的响应性,为寻求反应器有效合理的自动控制方式提供理论指导.为了充分利用三维电极体系阳极产氧为硝化菌提供好氧环境实现氨氮硝化,利用阴极产氢为反硝化菌提供缺/厌氧环境和电子供体实现反硝化脱氮,实验设计并稳定运行了三维电极-生物膜脱氮反应器.通过考察不同电流密度条件下,系统溶解氧(DO)、pH、脱氮性能的变化,研究电流密度对三维电极-生物膜反应器中微生物生长的微环境和微生物反硝化脱氮所需电子供体的影响,评价三维电极-生物膜脱氮系统的电场响应性.结果表明,在电流密度为0.013 4 mA/cm2时,NH+-N转化率可达90％,NO3--N和TN去除率70％以上;三维电极-生物膜脱氮系统的极限电流密度在0.020 1 mA/cm2附近;极限电流密度范围内,电流密度引起系统DO、pH的变化均在系统承受范围内;电流密度的提高可提高阴极NO3--N反硝化效率,但对阳极NH4+-N的硝化无明显影响,极限电流密度范围内均无NO2--N积累.     

碳源、C/N和温度对生物反硝化脱氮过程的影响

生物反硝化法是去除水体中硝酸盐的有效方法。鉴于生物反硝化过程中有机碳源不足的问题,选择甲醇、乙醇、葡萄糖作为反硝化碳源,研究它们对反硝化的促进作用;同时研究C/N比以及温度对反硝化过程的影响。结果显示:甲醇、乙醇和葡萄糖作为反硝化碳源时,均可获得较高的硝酸盐氮去除率。以乙醇为碳源时,反硝化速率进行的最快,硝酸盐氮去除率高,中间副产物亚硝酸盐氮和氨氮积累少,是最优的反硝化碳源;C/N比对反硝化过程影响显著,C/N比越高,脱氮速率越快;另外温度对反硝化也有着重要的影响,在25℃、35℃时的脱氮效果远好于10℃时的脱氮效果。     

改进SBR处理垃圾渗滤液深度脱氮的启动与实现

为了在去除渗滤液中有机物的同时实现深度脱氮,利用SBR法灵活多变的反应过程,采用交替曝气和搅拌至硝化结束,然后在不添加任何外碳源的条件下以充分缺氧搅拌至内源反硝化结束的方式运行SBR系统.系统通过交替硝化反硝化、同步硝化反硝化和内源反硝化的协同作用,可以在不添加任何有机碳源的条件下,使系统出水的总氮含量小于40 mg/L,去除率达到95%以上,达到中国最新颁布的渗滤液总氮的排放标准.同时,由于50%左右的总氮是利用原水碳源在内源反硝化的作用下脱除的,试验期间的污泥浓度在没有排泥的条件下始终稳定在6 g/L左右,污泥产量大幅度减少.不同操作模式下的对比试验表明:污泥中PHA的含量是决定系统脱氮效率的重要因素;硝化前的厌氧搅拌以及短间隔曝气有利于增加污泥的储碳量,提高了系统的脱氮效率;传统的持续曝气后搅拌无法通过内源反硝化实现深度脱氮.     

补充植物碳源提高人工湿地脱氮效率

为解决有机碳不足抑制反硝化反应造成的脱氮效率低下的问题,向人工湿地系统中添加富含有机质的植物材料作为反硝化所需的有机碳源,根据玉米秸秆、稻壳、木屑及芦苇竿4种植物材料有机物释放规律及植物体分解对水质的潜在影响情况,确定芦苇竿为较适宜的植物碳源.采用垂直流人工湿地单元模型研究了补充芦苇竿对人工湿地脱氮效果的影响,初步确定了试验条件下芦苇竿的适宜添加量范围为0.47～1.09 kg/m2.硝态氮的沿程变化规律表明,芦苇竿释放出的有机物提供了反硝化所需的有机碳,提高了人工湿地的脱氮效果.     

单室微生物燃料电池处理生活污水特性研究

目的研究单室微生物燃料电池(MFC)在间歇运行条件下对COD、NH+4、TP和NO-3的处理效果.方法采用石墨板为阴极,构建了单室空气阴极微生物燃料电池,以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源.结果进水COD质量浓度400~900 mg/L,出水COD质量浓度维持在100 mg/L;NO-3去除率可达到90%以上.单室空气阴极微生物燃料电池可以有效降解污水中的有机物,COD去除率可以达到80%以上,但COD的质量浓度并不是影响MFC电压的主要因素.微生物燃料电池对NH+4和TP去除率都较低,同时表明阳极室中的NH+4和TP并没有参与微生物燃料电池的产电反应,NH+4和TP的质量浓度对微生物燃料电池的电能输出也没有明显影响.结论 MFC对于含NO-3的污水处理效果较好,但去除NO-3的同时对电池的产电效果影响很小.     

碳源种类对双泥生物膜亚硝化反硝化除磷脱氮工艺的影响

目的研究碳源种类对双泥生物膜亚硝化反硝化除磷工艺脱氮除磷的影响程度.方法以甲醇、淀粉、葡萄糖、乙酸钠、丙酸钠、污泥水解酸化液六种碳源模拟废水,通过间歇运行方式对不同碳源的反硝化除磷系统的运行状态进行研究.结果六个系统中,淀粉的COD去除率最小,为45%,其余系统相差不大,去除率最大的是污泥水解酸化液,为88%;缺氧结束时系统出水PO_4~(3-)-P质量浓度分别为2.24 mg/L、3.00 mg/L、3.81 mg/L、1.40 mg/L、2.46 mg/L、1.18 mg/L;各系统每克M LSS的亚反硝化速率分别为1.27 mg/(g·h)、1.15 mg/(g·h)、1.58 mg/(g·h)、2.91 mg/(g·h)、2.60 mg/(g·h)、2.03 mg/(g·h).结论碳源种类对双泥生物膜亚硝化反硝化除磷系统有很大影响,淀粉类大分子碳源不利于反硝化除磷,乙酸钠类小分子物质有利于磷的释放和吸收.     

碳源对反硝化除磷的影响

文章研究碳源对反硝化除磷的影响。试验结果表明:反硝化除磷菌最大放磷量与碳源有关,当ρCOD>800 mg/L时,最大放磷量达到50 mg/L,而ρCOD<200 mg/L时,反硝化除磷菌的最大放磷量还不到5 mg/L;反硝化除磷菌最大放磷量所需时间也与碳源有关,随着COD质量浓度的降低,放磷所需时间也在减少,当COD的质量浓度从440~110 mg/L时,所需时间则从120~10 min。     

以天然植物纤维为碳源的固相反硝化碳氮比研究

采用天然丝瓜瓤作为反硝化固态碳源,在考察其释碳行为的基础上,进行静态反硝化实验,基于在除氮稳定期内,水中有机碳消耗量与硝酸盐氮去除量的比值保持恒定的假设,尝试建立耗碳和除氮的相关公式,并确定了室温条件下、进水NO_3~--N浓度为100 mg/L时,反硝化系统的碳氮比(C/N)为3.84,反映出植物纤维作为碳源所释放出的有机碳只有部分被用于反硝化反应.     

甲醇与葡萄糖为碳源在反硝化过程中的比较

在颗粒滤床反应器内 ,以葡萄糖或甲醇为碳源 ,碳源充足时 ,均可以比较完全地去除硝酸盐 ,但以葡萄糖为碳源的最佳碳氮比较甲醇为碳源高得多 ,为 6∶1～ 7∶1 (C6H1 2 O6∶NO-3 N)。当碳源不足时 ,反硝化过程存在亚硝酸盐积累现象 ,且葡萄糖为碳源时积累更严重。以CH3OH为碳源进行的反硝化速率较以C6H1 2 O6 为碳源的快得多 ,在相同条件下快 3倍。在本实验条件下 ,反硝化过程表现出 0级反应特征 ,k (CH3OH) =1 60mg/L·h ,k(C6H1 2 O6) =42mg/L·h。     

连续流双室微生物燃料电池试验研究

目的研究原水初始pH值、不同NaCl质量浓度和水力停留时间(HRT)对连续流双室微生物燃料电池的产电及污水处理效果的影响,使其产电及污水处理效果可以达到最好.方法试验以生活污水为研究对象,自行设计连续流双室微生物燃料电池处理工艺装置进行试验.结果在原水初始pH值为8、NaCl质量浓度为5 g/L和HRT为24 h时,连续流双室微生物燃料电池产电及污水处理效果可以达到最好.结论原水初始pH值、原水不同NaCl质量浓度和水力停留时间(HRT)对微生物燃料电池产电及污水处理效果的影响均较大.     

微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究

使用响应曲面法, 对单室微生物燃料电池去除五价钒的运行条件进行分析和优化。采用乙酸钠作为单室微生物燃料电池的碳源, 探讨钒初始浓度、COD初始浓度和电解液电导率对五价钒去除率的影响, 三因素三水平的响应曲面分析结果表明, 五价钒初始浓度对五价钒去除率的影响最显著, 其次为 COD 初始浓度, 最后是电解液电导率。利用响应曲面法得到最优实验条件: 五价钒初始浓度为75.44 mg/L, COD初始浓度为1007.48 mg/L, 电导率为11.98 mS/cm, 此时可获得五价钒的最大理论去除率80.31%。验证实验的结果证实了该优化方法的可靠性。研究成果可以促进微生物燃料电池技术在治理钒污染地下水领域的实际应用。     

以垃圾渗滤液为燃料的微生物燃料电池产电性能

以吉林省四平市某垃圾场渗滤液为燃料, 纯钛板为负载微生物阳极和阴极, 用盐桥转移电子方式组建双室微生物燃料电池(DCMFC). 研究阴极室溶液电子受体质量浓度、 pH值、 温度等因素对输出功率密度、 开路电压、 内阻等电池性能的影响, 并考察了对垃圾渗滤液的处理效果. 实验结果表明, 阴极溶液以1.0 g/L双氧水为电子受体, 在pH=2.5、 ρ(硫酸钠)=0.5 g/L、 温度约为30 ℃的最佳实验条件下, 该微生物燃料电池的输出功率密度达12.074 W/m², 开路电压为1.13 V, 内阻为76.868 Ω. 经过连续30 d的运行, 垃圾渗滤液化学需氧量(COD)去除率达95%, 表明选择恰当的阴极室溶液能提高微生物燃料电池的产电性能.     

两种共混BDPs 作为生物膜载体和碳源的脱氮研究比较

采用 PHBV/PLA 和PHBV/木纤维素两种可生物降解聚合物作为反硝化碳源和生物膜载体进行序批试验和填充床连续反硝化试验。序批试验结果表明, PHBV/木纤维素固相碳源启动速度快于PHBV/PLA, 但两者24 小时脱氮效果并无明显差异; 反硝化速率分别为0.10 mg N/(L·h·g)和0.12 mg N/(L·h·g)。填充床连续反硝化试验结果表明, 两种碳源NO3 ?-N 去除负荷分别为13.95 mg/(L·h)和14.02 mg/(L·h), 去除率均高于90%, PHBV/PLA 比PHBV/木纤维素具有更好的碳源控释能力。扫描电镜结果表明, 内部结构特征的差异是共混固相碳源脱氮性能和碳源控释性能产生差异的关键因素。     

有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响

以不同基质的2个反应器为研究对象,考察了有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响,结果表明:在一定的碳氮比范围内,通过控制DO,可以实现创造适合亚硝化茵和厌氧氨氧化菌代谢的好氧和厌氧并存的微环境,提高系统的脱氮效果;2个反应器均存在多种脱氮途径,以不合有机碳源为基质时,系统主要通过亚硝化-ANAMMOX途径去除氨氮,而有机碳源的加入,使得系统自养脱氮途径去除的氨氮比例下降,传统硝化反硝化途径得到强化;DGGE图谱统计结果表明,有机碳源的加入,使得系统微生物群落结构更加丰富,其中生物膜表现得尤为明显,也表明生物膜结构更有利于形成一个厌氧与好氧共存的微环境,在一个反应器内实现全部脱氮过程.     

光催化材料对微生物燃料电池的影响

微生物燃料电池是微生物-电化学装置,利用产电菌氧化有机物,将化学能转化为电能,在开发新能源和污染物处理方面具有巨大潜力.光催化微生物燃料电池利用半导体材料作为光电极,将光能引入到微生物燃料电池中,能够同步利用太阳能并且提高微生物燃料电池的产电效率.总结了国内外微生物燃料电池体系中半导体材料作为光电极的研究,对光催化微生物燃料电池的机理、生物电极与光电极的协同作用、产电性能以及污染物去除方面进行总结,并对其推广应用进行展望.     

两类阴极菌群微生物燃料电池降解硝酸盐研究

文章以硝酸盐溶液为阴极的电子受体,在阴极室中分别接种活性污泥混合菌和纯反硝化单菌株,构成生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)A-MFC和B-MFC。实验结果表明:在外接电阻为100Ω情况下,A-MFC和B-MFC最大输出电压分别为119.6mV和117.2mV,硝酸盐在B-MFC阴极室的平均反硝化速率为2.19mg/(L·d),比A-MFC中的平均反硝化速率1.86mg/(L·d)略高;扫描电镜观察到A-MFC和B-MFC的阴极碳布纤维丝表面形貌存在差异,A-MFC中碳布被孔状结构物覆盖,而B-MFC阴极碳布被片层状结构物所覆盖;同时发现A-MFC的阴极碳布循环伏安法CV曲线上均出现了明显的还原峰,表明A-MFC阴极碳布上的微生物进行了催化还原反应,而且阴极溶液均出现1对明显的氧化还原电对,说明阴极溶液中确实存在氧化还原介体进行微生物与电极间传递电子。     

希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中同时产电与脱色的研究及应用

采用厦门本土产电菌希瓦氏菌(Shewanella xiamenensis BC01),在染料脱色的刺激产电条件下,比较应用其微生物燃料电池的可能性.在补强能源基质的条件与海生菌肉汤配方进行产电驯化作用,量化评估生物膜形成的产电与脱色的优劣,经由交流阻抗图谱获得产电机制.在不同培养基条件下,量化希瓦氏菌的稳定电压及优化条件,并推论高盐条件下电导、溶液电阻、产电模式及机制.结果表明,最高输出电压随着周期数增加而趋于稳定,其平均电压为278.9mV,溶液电阻为30.73Ω,电荷转移电阻为176Ω/cm2;在一个运行周期内,希瓦氏菌均能在每个周期内完全脱色,最大比生长速率(SGR)为0.778 4h-1,最大比脱色速率(SDR)为82.63mg/(L·h),且微生物的染料脱色和生物产电两者彼此为竞争关系;随着电极间距的增大,希瓦氏菌微生物燃料电池的电导和盐度均不断地上升,发现电极间距在12.4cm为最佳,希瓦氏菌的最适pH范围是5.3~7.0.研究希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中的性能有利于同时产电与处理染料,此点对染料废水污染处理同时能源回收再利用确实具有永续发展的实质意义.