【摘 要】
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氮是地球生命体中必不可少的重要元素之一,自地球的生命出现以来,氮元素皆是通过氮循环维持平衡。然而,随着人口的激增以及现代工农业的发展,氮循环和氮平衡受到极大影响,是水体富营养化和水质恶化等水环境问题的导火索。高浓度（NH3-N浓度＞500mg/L）氨氮对微生物活性有明显的抑制作用,导致出水水质超标。因此,在采用生化工艺处理高浓度氨氮有机废水时,需要预处理来降低氨氮对后续生化段的影响。与传统的预处理
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氮是地球生命体中必不可少的重要元素之一,自地球的生命出现以来,氮元素皆是通过氮循环维持平衡。然而,随着人口的激增以及现代工农业的发展,氮循环和氮平衡受到极大影响,是水体富营养化和水质恶化等水环境问题的导火索。高浓度（NH3-N浓度＞500mg/L）氨氮对微生物活性有明显的抑制作用,导致出水水质超标。因此,在采用生化工艺处理高浓度氨氮有机废水时,需要预处理来降低氨氮对后续生化段的影响。与传统的预处理方法（吹脱法、化学沉淀法）相比,以微生物脱盐燃料电池（Microbial Desalination Cell,MDC）为基础的预处理方法具有低碳排放、节能高效和协同产电等优势,近些年来受到了海内外学者的密切关注。前期有关微生物脱盐燃料电池的研究已经证实其有较高的脱盐效果,本实验在此基础上,以高浓度氨氮有机废水为研究对象,构建了一种同步进行“产电-脱氨-除COD”的MDC系统,开展了电极间距、阳极COD浓度、进水氨氮浓度以及阳极基质类型对MDC系统高浓度氨氮去除、电化学性能以及有机物降解性能影响的研究。主要结论如下:1、采用了混合菌群接种启动,第48h达到峰值电压,启动阶段连续运行了4个周期（1371h）,电压稳定期输出电压在600-700m V之间,此时认为,MDC启动成功。2、MDC在运行过程中的电化学性能良好,其产生的最佳的最大功率密度为6.04 W/m~3,最小内阻为43.07Ω,最高平均库伦效率为（4.67±0.15）%;在氨氮去除方面,去除率最高可达到99%,去除速率可达到8.71mg/L（6000mg/L氨氮）;在有机物降解方面,阳极COD去除率最高可以达到96.4%（300mg/LCOD）。3、对影响MDC性能的四个关键因素—电极间距、阳极COD浓度、脱盐室进水氨氮浓度以及阳极基质类型进行优化分析表明:电极间距越小,MDC各方面性能越优,当电极间距为3.5cm时,最大功率密度为6.04 W/m~3,氨氮去除速率为3.17mg/L,COD最高去除率为96.4%（300mg/LCOD）,尽管电极间距的缩小可以提供MDC性能,然而间距过小将不利于反应器放大和后续的维护;阳极进水COD越小,MDC氨氮去除和电化学性能方面越最优,当阳极液COD浓度为200mg/L时,最大功率密度为4.37 W/m~3,氨氮去除速率2.98mg/L,然而进水COD变小时,阳极有机物降解性能也在下降;随着进水氨氮浓度的增加,MDC的各方面性能均在提升,当脱盐室氨氮浓度为6000mg/L时,氨氮去除率最高能够达到99%,最大去除速率8.71mg/L,最大功率密度为5.42 W/m~3,COD最高去除率为85.5%,然而进水氨氮浓度过高会抑制产电微生物的活性;相比葡萄糖,乙酸钠作为阳极基质各方面性能更优,氨氮去除速率提高了39%,最大功率密度提高了76%。本论文首次将MDC应用于高浓度氨氮有机废水处理,高浓度氨氮的去除效果取得了较为理想的结果,并在去除高浓度氨氮的同时协同产电和有机物的降解,为高浓度氨氮有机废水的预处理提供了新方法。实验考察了电极间距、阳极COD浓度、进水氨氮浓度和阳极基质类型对MDC性能的影响,并对影响因子进行优化,为处理高浓度氨氮有机废水的MDC系统稳定运行提供技术支撑。
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