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厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水

厌氧流化床微生物燃料电池处理煤化工废水

作者：李明青岛科技大学

学位级别：硕士

能源节约和废水处理已经成为许多工厂面临的共同难题。焦化废水作为一种典型的、难降解的煤化工废水,其主要成分包括氰化物、氨氮、酚类、多环芳烃及杂环化合物等物质。据最新的机构调查显示,国内多数煤化工企业对焦化废水的处理效果不... 详细信息

能源节约和废水处理已经成为许多工厂面临的共同难题。焦化废水作为一种典型的、难降解的煤化工废水,其主要成分包括氰化物、氨氮、酚类、多环芳烃及杂环化合物等物质。据最新的机构调查显示,国内多数煤化工企业对焦化废水的处理效果不理想,生化出水COD和优先控制污染物的浓度往往难以满足国内工业废水的排放标准。微生物燃料电池作为一种新型的生物能源装置,能够在处理污水的同时产生电能。本课题研究将厌氧流化床(AFB)工艺同微生物燃料电池技术(MFC)相结合,对AFB-MFC处理焦化废水的产电性能及污水处理效果进行了研究。本文采用共沉淀法制备了修饰材料纳米FeO,并对原石墨棒阳极进行了修饰改性。经交流阻抗和循环伏安测试表明FeO修饰石墨棒阳极增强了电极表面传递电荷的能力,提高了阳极的动力学活性。FeO修饰阳极后MFC的产电性能有了明显的提高,其最大输出电压和功率密度分别为243 mV和9.81 mW/m,分别比未修饰前的提高了23.4%和114%。在优化了电极材料的基础上,以焦化废水为基质,考察了进水浓度及直接驯化、梯度驯化和富集培养三种微生物驯化方式对AFB-MFC产电性能及焦化废水处理效果的影响。研究结果表明,污泥经梯度驯化后AFB-MFC的性能最佳,AFB-MFC获得的最大功率密度和COD去除率分别为10.95 mW/m和86.28%。以不同进水浓度(952、1528、2238、3419 mg/L)的焦化废水作为底物发电时,AFB-MFC获得的最大输出电压和功率密度随进水浓度的增加呈先增大后减小的趋势,当进水COD浓度为2238 mg/L时,MFC获得最大输出电压和功率密度分别为284.5mV和14.69 mW/m。另外,本实验结合液液萃取和GC/MS技术分析了焦化废水处理过程中有机物组成及降解特性。研究结果显示AFB-MFC对焦化废水有较好的处理效果,其中酚、苯、醇、杂环化合物与多环芳烃等物质充分降解,去除率分别为99.63%、97.6%、98.3%、95.75%和92.87%。同时采用GC-MS内标法准确分析了其中主要酚类的质量浓度,该分析方法检出限为2.48.50μg/L,平均加标回收率在72.6%15.8%之间,相对标准偏差RSD≤11.28%,能够满足酚类有机物的测试要求。由中间产物甲基苯甲酸初步推断出在厌氧流化床微生物燃料电池中,甲酚首先羧化生成苯甲酸类物质再进一步氧化开环裂解。当苯酚、邻甲酚和2,4-二甲基苯酚的初始浓度分别为274.7、231.8和76.7 mg/L时,AFB-MFC对三种酚类的降解反应符合一级动力学,其速率常数K分别为0.06989、0.07641和0.08783h。

关键词：厌氧流化床微生物燃料电池焦化废水阳极修饰气质联用分析产电性能 COD去除

阴极液及底物浓度对AFB-MFC同步废水处理及产电性能影响

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环境工程学报 2012年第2期6卷 462-466页

作者：黄健盛杨平郭勇刘杨苏媞四川大学建筑与环境学院成都610065 重庆市环境科学研究院重庆401147 四川大学化学工程学院成都610065

为了提高厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)的性能,并为双室MFC寻找价廉、易得、无污染的阴极液,在曝气量16～24 L/h、温度(35±2)℃、回流量10.2 L/h、阴极底边距阴极室内底部17.3 cm、外电阻250Ω、水力停留时间(HRT)14.0～14.9 h以... 详细信息

为了提高厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)的性能,并为双室MFC寻找价廉、易得、无污染的阴极液,在曝气量16～24 L/h、温度(35±2)℃、回流量10.2 L/h、阴极底边距阴极室内底部17.3 cm、外电阻250Ω、水力停留时间(HRT)14.0～14.9 h以及进水pH 7.81～8.37下,研究了阴极液及底物浓度对系统产电及废水处理性能的影响。结果表明,使用缓冲溶液、阳极室出水和自来水作阴极液时,自来水的产电性能最佳,阴极液种类不影响系统有机基质的去除。以自来水为阴极液时,阴极液pH及电导率随运行时间增加而增加,COD去除率为80.11%～89.29%,输出电压及功率密度开始随运行时间增加而增加,之后稳定在440～452 mV和48.40～51.08 mW/m2之间。增加底物浓度对COD去除率影响不大,而输出电压及功率密度随底物浓度增加而下降;底物COD浓度由3 307.09 mg/L增至9 520 mg/L时,COD去除率在85.77%～94.44%之间,输出电压及功率密度则分别由449 mV和50.40 mW/m2下降至406 mV和41.21 mW/m2。自来水作阴极液可避免二次污染及阴极液对阳极室微生物的影响,并得到高的产电能力。

关键词：厌氧流化床微生物燃料电池阴极液产电废水处理底物

影响AFB-MFC同步脱氮除硫性能因素的研究

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环境科学与技术 2013年第10期36卷 85-89,117页

作者：陈婷婷肖蓉蓉施金豆杨平四川大学建筑与环境学院四川成都610065 贵阳市南明区环境监测站贵州贵阳550000

厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)用于处理含氮、硫的废水,其运行效能受到多种因素的影响,研究该反应器运行参数极为重要。利用人工配制的含氮、硫的有机废水作为原水,研究了AFB-MFC同步脱氮除硫产电性能影响因素。结果表明:随着有机... 详细信息

厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)用于处理含氮、硫的废水,其运行效能受到多种因素的影响,研究该反应器运行参数极为重要。利用人工配制的含氮、硫的有机废水作为原水,研究了AFB-MFC同步脱氮除硫产电性能影响因素。结果表明:随着有机物浓度的降低,NH4+-N、SO42-去除率下降,且变化趋势一致,有机物浓度低产电量减少;AFB-MFC对低碳硫废水(COD/SO42-)的耐受限值约为0.56,说明AFB-MFC对低碳硫比废水有很好的适应性;氨氮负荷的增加导致COD与氨氮的去除率下降,产电量下降,但SO42-的去除率仍稳定保持在80%以上;缩短水力停留时间(HRT)COD的去除率下降,SO42-的去除率大幅提高,而NH4+-N的去除效率出现先提高后下降的趋势。当HRT=12 h时,同步脱氮除硫的效果最好,NH4+-N和SO42-的最高去除率分别达到25.71%和93.07%。研究结果为该微生物燃料电池用于处理含硫氮废水的最佳操作条件提供了依据。

关键词：厌氧流化床微生物燃料电池脱氮除硫厌氧氨氧化水力停留时间

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微生物燃料电池处理工业废水及机理研究

微生物燃料电池处理工业废水及机理研究

作者：王家庭青岛科技大学

学位级别：硕士

近几年,火力发电厂用柠檬酸溶液对锅炉进行多次清洗,产生大量的柠檬酸废水(CAW),造成环境的污染。本文采用单室空气阴极厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)处理CAW,优化操作条件来提高AFB-MFC处理效果和产电性能,探究生物电化学系统对... 详细信息

近几年,火力发电厂用柠檬酸溶液对锅炉进行多次清洗,产生大量的柠檬酸废水(CAW),造成环境的污染。本文采用单室空气阴极厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)处理CAW,优化操作条件来提高AFB-MFC处理效果和产电性能,探究生物电化学系统对废水中有机质的降解作用,并用还原性石墨烯(RGO)负载的铂碳纳米颗粒(Pt-C)作为阴极催化层来提高电池的产电特性。用AFB-MFC处理CAW,考察了底物浓度、流速和温度对AFB-MFC处理能力和产电性能的影响。当流速为5.22 mL/s,温度为40℃和底物浓度为2946mg·L,废水的处理效果最佳。用AFB-MFC/ABFBR处理CAW,并研究有机质的去除率和产电特性。温度是40℃时,用Pt-C改性的碳布阴极,提高功率密度和COD去除率。CAW作为AFB-MFC基质,COD去除率达到90%,而厌氧生物流化床反应器(ABFBR)中COD去除率是84%。当AFB-MFC的外电阻是5000Ω时,最大电压(U)和最大功率密度(P)分别是424.6 mV和18.68 mW/m。AFB-MFC/ABFBR中柠檬酸降解数据很好地拟合Haldane底物抑制动力学模型,证明生物电化学对有机质的去除有促进作用。AFB-MFC处理CAW的过程中,铁离子的还原和亚铁离子的氧化起着重要的作用。证实生物电化学系统不仅改善了电荷的转移速率,而且加速了柠檬酸的反应速率。用模板法把还原性石墨烯掺杂铂碳纳米颗粒(RGOPt-C)/还原性石墨烯(RGO)/铂碳纳米颗粒(Pt-C)改性碳布(CC)阴极,来提高电池的产电特性。用能量分散光谱(EDS),扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),循环伏安法(CV),电化学阻抗谱(EIS)和比表面积仪(BET)等技术对改性碳布(CC)进行表征。RGOPt-C、RGO和Pt-C的比表面积分别为589.61 m/g,402.60 m/g和374.14 m/g。Pt-CCC、RGOCC和RGOPt-CCC的R分别为26.56Ω、14.38Ω和9.07Ω。用装配RGOPt-CCC的AFB-MFC处理CAW,U和P分别为561.0 mV和232.90 mW/m;采用RGOCC阴极时,U和P分别为429.4 mV和132.36 mW/m;用Pt-CCC阴极时,U和P分别为314.4 mV和79.80 mW/m。BET证明RGOPt-C具有更大的比表面积。CV和EIS表明RGOPt-CCC具有更多的活性位和更低的电阻。因此带有RGOPt-CCC的AFB-MFC显著地提高电池的产电性能。本研究成功地证实AFB-MFC可实现高输出功率,为CAW处理提供新的途径。

关键词：厌氧流化床微生物燃料电池柠檬酸废水还原性氧化石墨烯动力学功率密度

驯化方式对焦化废水微生物燃料电池性能的影响

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山东化工 2017年第4期46卷 158-161页

作者：李明刘新民青岛科技大学化工学院山东青岛266042

采用厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)对焦化废水进行生化处理,考察了直接驯化、梯度驯化和富集培养三种微生物驯化方式对系统产电性能及废水处理能力的影响。结果表明,梯度驯化时AFB-MFC产电性能和废水处理效果最好,最大功率密度为10... 详细信息

采用厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)对焦化废水进行生化处理,考察了直接驯化、梯度驯化和富集培养三种微生物驯化方式对系统产电性能及废水处理能力的影响。结果表明,梯度驯化时AFB-MFC产电性能和废水处理效果最好,最大功率密度为10.95m W/m2,比直接驯化和富集培养时分别提高了212%和89.4%。反应60 h后,AFB-MFC中COD的去除率为86.28%,而直接驯化和富集培养时分别为73.2%和80.01%。三种驯化方式下AFB-MFC中COD的去除都符合一级反应动力学模型。

关键词：厌氧流化床微生物燃料电池焦化废水驯化方式 COD 产电性能