微生物燃料电池与微生物脱盐电池处理废水研究

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本文介绍了微生物燃料电池(MFC)与微生物脱盐电池(MDC)的原理和最新研究进展。建立双室MFC处理重金属铬废水,并在此基础上构建三室MDC处理重金属铬废水和硝酸盐废水。考察MDC的启动、闭路与开路、中间室盐浓度等因素对MDC产电脱盐和处理废水的影响。本实验旨在对MDC应用于海水淡化、阴极废水处理进行初步探讨。主要研究结论如下:  MFC输出电能的同时,阴极可以同时实现对Cr(Ⅵ)的有效还原。MFC闭合体系铬的还原效果明显高于开路体系,闭合时Cr(Ⅵ)平均还原率较之开路时提高了50.76%。MFC的最大输出电压和Cr(Ⅵ)还原速率都随着阴极液中Cr(Ⅵ)浓度的减小而降低,两者呈现出正相关关系。  在双室MFC基础上构建的MDC,以铁氰化钾作为电子受体,MDC体系输出的最大电压可达650mV,最大体积功率密度为162.23mW/m3,库仑效率为3.58%,MDC成功启动。  利用MDC阴极处理含铬废水,在1000Ω外电阻条件下,含200mg/L Cr(Ⅵ)的溶液为电子受体时,获得最大200mV左右的输出电压,Cr(Ⅵ)的去除率可达80%以上,COD去除率也保持在80%左右。中间室较低盐浓度的内阻小于高盐浓度的内阻,有利于阴极对Cr(Ⅵ)的还原。MDC(Cr(Ⅵ))体系的脱盐率最高可达88.95%。  利用MDC阴极处理硝酸盐废水,分别从阳极底物、阴极硝酸盐浓度、中间室盐浓度角度对MDC(NO3-N)的产电特性、COD降解、硝酸盐去除以及电导率、氯离子迁移情况进行了研究。以葡萄糖为MDC(NO3-N)的单一碳源时总体效果要略好于乙酸钠。NO3-N浓度为50mg/L时的脱盐率略低于30mg/L的脱盐率,且NO3-N降解周期较长,为30mg/L时的两倍,但平均反硝化速率基本一致。中间室20g/L NaCl的脱盐率高于5g/L NaCl的脱盐率。阴极NO3-N的去除率均可达60%以上,同时NO2-N累计量很少,NH4-N累积量很高。  MDC处理两种废水的实验结果表明,利用MDC来处理含铬废水和硝酸盐废水是可行的。MDC在用于废水处理过程中运行稳定,阳极降解有机物、阴极处理废水的同时,中间室可以进行高效脱盐,并且整个运行过程中不需要额外的能量输入或是高的渗透压,较之传统以能源密集型脱盐具有一定的优越性。MDC作为新型的脱盐燃料电池,在海水淡化和废水处理方面具有非常巨大的发展潜力。
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