微生物燃料电池对地下水中Cr(Ⅵ)污染的修复去除与产电实验研究

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Cr(Ⅵ)具有高溶解度,高迁移性以及高毒性的特点,Cr(Ⅵ)对于地下水的污染已经不容忽视。利用微生物燃料电池(MFC)技术对来自地下环境的Cr(Ⅵ)污染进行生态修复,具有污染物同时修复和可再生能源产生的优点,具有很大的科学价值和现实意义。本文通过介绍地下水Cr(Ⅵ)的来源,危害以及Cr(Ⅵ)修复技术现状极其局限性,并介绍了微生物燃料电池(MFC)修复地下水中Cr(Ⅵ)的研究现状,MFC技术的优势,MFC还原Cr(Ⅵ)及同步产能机制,MFC修复Cr(Ⅵ)的影响因素,并由此提出MFC修复Cr(Ⅵ)污染场地面临的挑战。在阅读文献基础上,为了探索MFC原位修复地下水中Cr(Ⅵ)的可行性,构建了双室MFC实验装置,选择以醋酸钠作为阳极室的有机底物,以Cr(Ⅵ)作为阴极唯一的电子受体,控制不同水文地质条件包括p H,Cr(Ⅵ)初始浓度,介质种类,流速以及胶体种类,不同装置条件包括碳布面积,有无质子交换膜,电极距离用于分析双室MFC的产电性能和对地下水中Cr(Ⅵ)的去除影响,并通过对阳极微生物群落的分析,推测本实验的阳极优势菌群。具体研究结果如下:不同水文地质条件下有如下结论(1)修复地下水Cr(Ⅵ)污染时,酸性条件下,MFC系统具有更好的性能,针对中性以及碱性的地下水环境时,降低p H能够有效的促进Cr(Ⅵ)在MFC系统里的还原。(2)MFC地下水中Cr(Ⅵ)污染时,Cr(Ⅵ)初始浓度越高,Cr(Ⅵ)还原量越大,但相同时间段内,还原率有所下降。随着Cr(Ⅵ)浓度的增加,输出电压也随之增加,系统的最大功率密度也随之增加。(3)在MFC填充有介质的情况下,依然对Cr(Ⅵ)污染具有修复效果,并且同步产生电能。说明MFC应用于多孔介质中Cr(Ⅵ)修复具有可行性。(4)随着流速的增加,Cr(Ⅵ)去除率先增加后降低,产电情况也是呈现先增加后减少的趋势。(5)系统中胶体的存在会抑制Cr(Ⅵ)的还原,且时间越长,抑制效果越明显(6)MFC系统中,生物电化学作用对Cr(Ⅵ)的去除作用达到50%以上;不同装置条件下有如下结论(1)当电极距离为2时具有较高的Cr(Ⅵ)去除率和功率密度,MFC的低电阻可以加速电子转移,促进电化学反应。(2)质子交换膜的存在可以降低Cr(Ⅵ)对微生物的毒害作用。无质子交换膜的MFC系统,微生物对一定浓度的Cr(Ⅵ)具有耐受性,但是过高浓度的Cr(Ⅵ)会降低MFC系统对Cr(Ⅵ)的去除和产电效果。(3)随着碳布的面积的增加,Cr(Ⅵ)去除率增加,系统产生的电能也增加(4)阳极微生物中Proteobacteria是最丰富的系统类型,占到总群落的84%,推测是阳极的优势产电菌。
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