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微生物燃料电池(MFC)技术作为上世纪60年代以来广被关注的一种废水处理新技术,能够在降解废水中污染物的同时产生一定的电能。本研究采用以碳刷作为阳极、碳布作为阴极的传统双室微生物燃料电池(MFCs),第一阶段对电池的基本性能进行分析,获得较佳的实验条件;第二阶段对比不同尺寸的电池A和 B,对模拟含铬废水中 Cr(VI)的去除效率以及电池的产电性能进行研究,实现去污与产能的双重效益;第三阶段采用双电池联用模式,尝试对模拟铬污染废水中 Cr(VI)和 Cr(III)的同时治理。利用1号电池中 Cr(VI)作为阴极电子受体时产生的电能直接提供给2号电池,使2号电池阴极中 Cr(III)在外加电源的作用下发生还原反应降解为更低价态的离子或单质 Cr,实现废物的回收利用。通过多次试验,得到如下结论: (1)电解液浓度是影响电池产电性能的一个重要因素,当300 mM KCl和25 mM KCl作为支持电解质分别加入电池的阴极液和阳极液时,相比于阴极添加200 mM KCl而阳极无KCl添加,电池的产电功率有51.5%的提高。 (2)阴极电解液保持强酸性(pH=2.0)有利于Cr(VI)的还原,添加具有缓冲作用的KH2PO4保证了溶液酸度的稳定,使 Cr(VI)的去除率由70.0%上升到99.9%。 (3)相对于氮气阴极,当阴极通入空气时,O2能够得到电子生成中间产物H2O和H2O2,当H2O2与Cr(VI)同时存在于酸性体系中,H2O2会转化为一种还原剂,加速了Cr(VI)的还原,同时也优化了电池的产电性能。 (4)对比不同尺寸的MFC发现,电池的大小以及曝气速率对 Cr(VI)的去除效率和电池产电效率都有影响。一定程度上阴极通入的空气量越多越有利于电池的产电,相对于大电池 A,在通入空气时小电池 B不适宜处理高浓度的Cr(VI)。而无空气参与的情况下,A电池仍能有较可观的Cr(VI)去除率和产电量,而B电池运行效果较差,不适于本实验研究。 (5)双电池联用技术能够在一定程度上同时去除 Cr(VI)和 Cr(III)。1号电池空气阴极以及2号电池阴极缓冲性能都是影响 Cr(VI)和 Cr(III)去除效率的重要因素。相对于Cr(VI),Cr(III)能够达到较高的去除率,并且Cr(III)的去除率随着初始浓度的增大而升高,且所有的去除过程在10 h内基本完成。设定Cr(VI)与Cr(III)的浓度比为2:1,保证了Cr(III)的较高去除量。根据实验结果可以推断采用更高的Cr(VI)与Cr(III)浓度比能实现Cr(III)的有效、完全去除。 (6)对两电池阴极表面进行 SEM-EDS分析,推断1号电池中 Cr主要以Cr2O3等氧化物形式存在,2号电池上鉴定到了少量 Cr单质的存在。该实验对双电池的联用技术的实行提供了可行性。