生物陰極型微生物燃料電池處理含鹽氨氮廢水及產電性能的研究.pdf

1、生物陰極型微生物燃料電池是陰極以微生物作為催化的一種微生物燃料電池，可用于多種污染物質的去除，是近年微生物燃料電池的研究熱點之一。本文構建生物陰極型微生物燃料電池，陽極室的出水進入間歇曝氣的陰極室進行硝化反硝化反應，達到去除有機物和氨氮的同時能夠回收電能的目的。以自配含鹽氨氮廢水作為處理對象，第一階段優(yōu)化BCMFC性能:探究外接電阻、鹽度、溶解氧(DO)、水力停留時間（HRT）以及碳氮比對BCMFC同時脫氮除碳及產電性能的影響。獲得最佳

2、運行條件;第二階段，擬合陽極有機物降解和陰極氨氮去除的動力學方程，分析不同運行條件對BCMFC系統(tǒng)性能的動力學方面的影響;第三階段，分析鹽度和DO對硝化反硝化酶的活性的影響。得出如下實驗結果:
　　(1)最佳運行條件是鹽度為10％海水比例、外接500Ω電阻、DO為4.0～5.0mg/L、HRT為20 h、碳氮比為25∶1。當進水氨氮濃度約為70 mg/L、COD濃度約1600 mg/L時，氨氮的去除率約為95.76％、COD去除率

3、為99％、總氮去除率為80.11％、最大輸出功率為1536mW/m3、最大電流密度為3200 mA/m3、內阻為224Ω。
　　對BCMFC性能影響最大的因素是鹽度和DO。隨著鹽度至50％海水比例時，BCMFC的性能未受到明顯的影響，當鹽度升高至70％海水比例時COD、氨氮和總氮的去除率分別降至85％、66.67％和52.55％，最大輸出功率為175 mW/m3、最大電流密度1364 mA/m3，內阻達到1352Ω，BCMFC脫氮

4、除碳效果變差，內阻增加，產電性能下降。隨著DO從0.2 mg/L增加至7 mg/L，10％海水比例下BCMFC的產電性能上升，最大輸出功率密度從57增加至2500mW/m3，內阻從2380Ω降低至165Ω。
　　(2)最佳運行條件下的動力學分析結果如下:陽極COD降解和陰極氨氮的去除均符合一級反應動力學，陽極降解COD過程擬合方程為y=-0.123x+0.0771，回歸系數(shù)R2=0.983。陰極去除氨氮過程擬合方程為y=-0.00

5、625x+0.0728，回歸系數(shù)R2=0.968。
　　在鹽度影響下，陽極COD的降解符合一級反應動力學，且一級反應速率常數(shù)在10％海水比例時最高(0.123)是70％海水比例(0.051)的2.41倍;陰極氨氮的去除，當鹽度增加至30％海水比例時，反應級數(shù)由一級變成二級，二級反應速率常數(shù)由9.92×10-5（30％海水比例）降至1.20×10-5（70％海水比例），說明鹽度對陽極COD的降解影響較小，對陰極氨氮的去除影響較大。<

6、br>　　隨著DO濃度的增加，陽極COD的降解基本符合一級動力學方程，DO為7mg/L反應速率常數(shù)是DO為0.2 mg/L的4.6倍。說明DO對陽極微生物降解COD的過程影響較大。DO=4.6 mg/L與DO=7 mg/L的反應速率常數(shù)較為接近;陰極氨氮的去除基本符合一級動力學，反應速率常數(shù)隨著DO的增加而增大，DO為7 mg/L的一級反應速率常數(shù)是DO為2mg/L的10.5倍。
　　對比冪函數(shù)動力學模型和Monod模型，得出Mo