论文部分内容阅读
石化和采矿行业产生大量的含硫化物废水。硫化物具有很强的毒性。传统处理方法成本较高,微生物燃料电池技术已被证实可高效处理含硫化物废水,但其性能主要受到阳极材料的限制,开发新型阳极,尤为必要。将普通碳毡阳极采用垂向金属氧化物进行改性。与未改性的阳极相比,48 h硫化物去除率得到提高(均高于90%),最大功率密度分别提高了1.53倍和1.36倍。改性阳极提供了更多微生物附着活性位点,增加了生物量密度。高通量16S r RNA基因测序结果分析也表明了微生物丰度和多样性的增加。产电微生物如Bacteroidetes和硫氧化菌如Planctomycetacia在使用改性阳极的微生物燃料电池中均得到富集。研究表明改性材料可提高微生物燃料电池去除硫化物及产电性能。对二氧化钛纳米线碳毡阳极分别使用硝酸、氨气和电化学法进行活化。结果显示微生物燃料电池去除硫化物及产电性能得到进一步提升,其中用硝酸活化后性能提升最显著,48 h内硫化物的去除率达到96.4±1.7%,最大功率密度达到896.8±17.3 m W/m2,该方法已被证实可以提高N/C并降低C-O形成。影响因素结果显示硫化物与COD浓度与污染物去除率呈负相关,而随着外电阻的增加,污染物去除率呈先增加后减小趋势。结果表明电极活化可进一步提升微生物燃料电池性能,影响因素的研究为此系统的优化提供了参考。利用响应曲面法对活化阳极微生物燃料电池进行优化,选取硫化物浓度、COD浓度和外电阻为主要考察因素,设计响应曲面实验。结果显示模型预测良好(R2均大于0.9),在COD浓度为684 mg/L,硫化物浓度为72.5 mg/L,外电阻阻值为100Ω的最优条件下,硫化物去除率可达94.3±2.3%,COD去除率达到82.7±1.8%,最大功率密度达到832±23 m W/m2,库伦效率达到28.7±1.9%,验证实验也证实了此模拟的可靠性。综上,利用垂向金属氧化物对碳毡阳极进行改性,并利用硝酸活化,可提升微生物燃料电池处理含硫化物废水及产电性能,响应曲面研究优化了操作条件。本研究也为微生物燃料电池的性能提升及拓展应用提供了可靠的理论依据。