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《兰州大学》 2015年
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微生物燃料电池运行因素影响研究

李瑞博  
【摘要】:近年来,随着社会经济的发展,能源危机、水资源危机以及水环境污染等问题日趋严重,如何治理受污染水体、渡过能源和水资源危机,维持人类社会的生存与发展,是各国政府和科学界面临的重大课题与巨大挑战。微生物燃料电池作为一种新兴的污水处理技术,可以将污水有机污染物中的化学能直接转化为电能,在处理污水的同时产生电能,具有原料广泛、反应条件温和、清洁高效等优点,既可以解决水污染问题,也能缓解能源与水资源危机,具有重要的研究价值和意义。微生物燃料电池具有广阔的市场前景,但是其低下的污水处理效果和产电能力限制了其实际的应用,如何提高MFC的输出电能和阳极液污染物的降解效率是目前该技术研究的重点。本文在总结已有研究成果的基础上,结合实际应用中经济和技术可行性的特点,选择设计了一个直接型双室微生物燃料电池。用葡萄糖溶液模拟COD浓度为800mg/L的污水作MFC的阳极液,以CuSO4溶液模拟电镀废水作阴极液,研究了电池运行温度、阳极液pH值以及阳极室搅拌速率对MFC性能的影响。首先,在自然状态下以不同浓度的CuSO4溶液作MFC的阴极液,考察了阴极液对电池性能的影响。发现CuSO4浓度为5g/L时MFC的阳极液COD降解效率和输出电压均较高,且电子接受体(Cu2+)过量,该浓度可满足实验需要。其次,在单一控制温度、pH及搅拌速率的情况下,考察了MFC的污染物去除效率和产电能力。结果表明:运行温度30℃和阳极液pH值为6分别为该MFC系统的最适运行温度和最适阳极液pH值,此时的污染物去除效率和产电能力最大;阳极室的搅拌会提高COD降解率,但会降低MFC的产电效率,搅拌速率为1000r/min时COD降解效率最高。最后,利用正交实验对MFC的最适运行条件进行研究,得到基于MFC阳极液COD去除效率和产电性能的两个理论最适运行条件。将MFC在理论最适运行条件下试运行,比较分析试运行下MFC的性能,得到该电池系统的最适运行条件。研究表明,运行温度、阳极液pH值以及阳极室搅拌速率等运行条件会对MFC的性能产生影响,控制运行条件可以有效提高MFC的性能;MFC接种微生物的生境会影响电池的最适pH值,对接种微生物驯化培养可改变接种微生物群落结构,从而可满足MFC阳极液进水水质的要求,达到污水处理的效果;Cu2+作为MFC的电子受体,其去除效果随MFC输出电压的变化而变化,提高MFC的产电性能有助于其阴极液高价态污染物的去除;MFC作为有机污水处理技术,可以达到可观的处理效率,可以作为有机污水的初级处理。
【关键词】:微生物燃料电池(MFC) 温度 pH 搅拌速率 COD降解率 Cu~(2+)去除率
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X703;TM911.45
【目录】:
  • 中文摘要3-5
  • Abstract5-10
  • 第一章 绪论10-29
  • 1.1 能源短缺10
  • 1.2 水资源危机10-12
  • 1.2.1 水资源现状10-11
  • 1.2.2 水污染现状11-12
  • 1.3 污染物来源与危害12-13
  • 1.4 污水处理技术13-16
  • 1.5 污水处理新技术——微生物燃料电池16-22
  • 1.5.1 MFC的原理17-18
  • 1.5.2 MFC的特点18-19
  • 1.5.3 MFC的分类19-20
  • 1.5.4 微生物燃料电池的发展简史20-22
  • 1.6 微生物燃料电池影响因素及研究现状22-27
  • 1.6.1 电池结构对MFC的影响22-23
  • 1.6.2 电池材料对MFC的影响23-25
  • 1.6.3 微生物群落对MFC的影响25
  • 1.6.4 运行条件对MFC的影响25-26
  • 1.6.5 底物对MFC的影响26-27
  • 1.6.6 阴极电子接受体对MFC的影响27
  • 1.7 课题研究目的和意义27-29
  • 第二章 实验材料与方法29-35
  • 2.1 实验药品与仪器29-30
  • 2.1.1 实验药品29
  • 2.1.2 实验仪器29-30
  • 2.2 实验装置30-31
  • 2.3 实验方法31-32
  • 2.3.1 接种污泥驯化31-32
  • 2.3.2 MFC的启动32
  • 2.3.3 实验过程控制32
  • 2.4 测定指标与方法32-35
  • 2.4.1 电压与电阻32-33
  • 2.4.2 pH值与温度测定33
  • 2.4.3 阳极液COD33
  • 2.4.4 阴极液Cu~(2+)浓度33-35
  • 第三章 MFC阴极液影响研究35-39
  • 3.1 实验内容35
  • 3.2 输出电压35-37
  • 3.3 运行周期37
  • 3.4 污染物处理效果37-38
  • 3.5 本章小结38-39
  • 第四章 运行因素对MFC的影响39-51
  • 4.1 操作温度的影响39-42
  • 4.1.1 实验内容39
  • 4.1.2 运行周期39-40
  • 4.1.3 电性能40-41
  • 4.1.4 除污性能41-42
  • 4.1.5 本节小结42
  • 4.2 阳极液初始pH的影响42-47
  • 4.2.1 实验内容43
  • 4.2.2 运行周期43-44
  • 4.2.3 电性能44-45
  • 4.2.4 除污性能45-46
  • 4.2.5 本节小结46-47
  • 4.3 阳极室搅拌速率的影响47-51
  • 4.3.1 实验内容47
  • 4.3.2 运行周期47-48
  • 4.3.3 电性能48-49
  • 4.3.4 除污性能49
  • 4.3.5 本节小结49-51
  • 第五章 最适运行条件及试运行51-56
  • 5.1 实验设计51-52
  • 5.2 实验结果与分析52-54
  • 5.3 最适运行条件下的试运行54-55
  • 5.4 本章小结55-56
  • 第六章 结论与展望56-58
  • 6.1 论文的主要结论56
  • 6.2 论文的创新点56
  • 6.3 不足与展望56-58
  • 参考文献58-62
  • 在学期间的研究成果62-63
  • 致谢63

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 聂梅生;中国城市水业发展的实施策略[J];中国给水排水;2001年10期
2 汪家权;黄敏;朱承驻;;污水厌氧生化处理与微生物燃料电池的结合探讨[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2007年04期
3 洪义国;郭俊;孙国萍;;产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展[J];微生物学报;2007年01期
4 赵娟;吴瑾妤;李秀芬;陈坚;;基于底物类型的微生物燃料电池的产电特性[J];食品与生物技术学报;2010年04期
5 冯雅丽,联静,杜竹玮,李浩然;无介体微生物燃料电池研究进展[J];有色金属;2005年02期
6 刘志华;李小明;方丽;郑峣;杨麒;;污泥为燃料的微生物燃料电池运行特性研究[J];中国环境科学;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 尤世界;微生物燃料电池处理有机废水过程中的产电特性研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周玲;李萍;颜幼平;;微生物燃料电池阳极碳材料对产电性能的影响[J];安徽农业大学学报;2011年04期
2 温青;刘智敏;陈野;李凯峰;;高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体[J];电源技术;2008年09期
3 戴毅鹏;厦门市城市污水资源化的探讨[J];福建环境;2003年02期
4 潘程;王明召;;微生物燃料电池知识引入高中化学——设计一篇配合新教材的阅读材料[J];化学教育;2010年01期
5 黄燕新;李萍;颜幼平;;微生物燃料电池阳极产电菌的选育[J];广东化工;2010年03期
6 詹亚力;戚琳琳;王琴;罗一菁;闫光绪;郭绍辉;;微生物燃料电池中的微生物分析[J];高校化学工程学报;2009年03期
7 林茂宏;衣相霏;李凤祥;;微生物燃料电池用于废水能源化的研究进展[J];环境科学与技术;2012年S1期
8 何建瑜;刘雪珠;陶诗;王世来;王健鑫;;微生物燃料电池研究进展[J];安徽农业科学;2013年02期
9 万金保;熊友强;朱衷榜;;双圆筒型微生物燃料电池处理有机废水的应用[J];环境科学与技术;2013年03期
10 华迪;崔康平;赵莉丽;;微生物燃料电池原位修复地下水硝酸盐污染[J];广东化工;2014年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文宗;有机废水微生物电解产氢研究及电极微生物功能解析[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 车越;中国东部平原河网地区水源地的环境管理:理论、方法与实践[D];华东师范大学;2005年
3 刘宜胜;基于三角转子发动机和微生物燃料电池的微小型电源研究[D];浙江大学;2008年
4 许凤玲;海洋生物膜的电活性及其在微生物燃料电池中的应用基础研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
5 张金娜;三种不同阴极类型微生物燃料电池产电性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
6 曹效鑫;微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用[D];清华大学;2009年
7 王鑫;微生物燃料电池中多元生物质产电特性与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 刘志华;剩余污泥为燃料的微生物燃料电池产电特性及污泥减量化研究[D];湖南大学;2011年
9 张潇源;空气型微生物燃料电池分隔材料、阴极及构型优化[D];清华大学;2012年
10 路璐;生物质微生物电解池强化产氢及阳极群落结构环境响应[D];哈尔滨工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴英;微生物燃料电池处理啤酒废水的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 殷赟;以葡萄糖为原料的微生物燃料电池产电特性研究[D];浙江大学;2010年
3 吴瑾妤;基于pH调控的蓝藻水处理微生物燃料电池产电特性研究[D];江南大学;2010年
4 迟美玲;提高微生物燃料电池性能的电极材料研究[D];南开大学;2011年
5 周玲;盐桥连接下微生物燃料电池阳极材料及其应用的研究[D];广东工业大学;2011年
6 潘林;城市污水生物处理曝气池流速及流态的实验研究[D];吉林农业大学;2011年
7 李永霞;海底沉积物微生物燃料电池模型的建立及一株海洋细菌新种的分类鉴定[D];中国海洋大学;2011年
8 王昊昱;阳极材料的优选及其对微生物燃料电池产电性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 张领艳;微生物燃料电池及介孔磷酸锆阳极材料的电化学研究[D];北京工业大学;2011年
10 何伟华;玉米秸秆在电化学辅助微生物厌氧系统中的转化和产电特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康峰,伍艳辉,李佟茗;生物燃料电池研究进展[J];电源技术;2004年11期
2 衣宝廉,韩明,张恩浚,曲天锡,邵志刚,林治银,孙德尧,张海峰,刘浩;千瓦级质子交换膜燃料电池[J];电源技术;1999年02期
3 魏海娟;黄继国;贾国元;许文峰;;一种快速测定化学需氧量(COD)的方法[J];环境科学与技术;2006年01期
4 乔庆东,李琪,于大勇;钛基二氧化铅电极的制备及在电合成4-吡啶甲酸中的应用[J];抚顺石油学院学报;2002年01期
5 秦旅;巧制盐桥[J];化学教育;1998年06期
6 黄霞;范明志;梁鹏;曹效鑫;;微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响[J];中国给水排水;2007年03期
7 冯玉杰;王鑫;李贺;任南琪;;乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程[J];哈尔滨工业大学学报;2007年12期
8 梁鹏;范明志;曹效鑫;黄霞;王诚;;微生物燃料电池表观内阻的构成和测量[J];环境科学;2007年08期
9 贾斌;刘志华;李小明;杨永林;杨麒;曾光明;刘医;刘倩倩;郑施雯;;剩余污泥为燃料的微生物燃料电池产电特性研究[J];环境科学;2009年04期
10 曹效鑫;梁鹏;黄霞;;“三合一”微生物燃料电池的产电特性研究[J];环境科学学报;2006年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李登兰;以Shewanella decolorationis S12构建的单室微生物燃料电池产电特性研究[D];广东工业大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 连静;冯雅丽;李浩然;刘志丹;周良;;直接微生物燃料电池的构建及初步研究[J];过程工程学报;2006年03期
2 关毅;张鑫;;微生物燃料电池[J];化学进展;2007年01期
3 洪义国;郭俊;孙国萍;;产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展[J];微生物学报;2007年01期
4 丁平;邵海波;刘光洲;段东霞;麻挺;陈嗣俊;王建明;张鉴清;;应用需盐脱硫弧菌的微生物燃料电池发电研究(英文)[J];电化学;2007年02期
5 园丁;;微生物燃料电池:既处理污水又发电[J];污染防治技术;2007年03期
6 刘登;刘均洪;刘海洲;;微生物燃料电池的研究进展[J];化学工业与工程技术;2007年05期
7 张广柱;刘均洪;;微生物燃料电池研究和应用方面的最新进展[J];化学工业与工程技术;2008年04期
8 孙健;胡勇有;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J];工业用水与废水;2008年01期
9 王万成;陶冠红;;微生物燃料电池运行条件的优化[J];环境化学;2008年04期
10 ;微生物燃料电池或成汽车节能环保解决方案[J];材料导报;2008年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾忠泽;吴文果;;微生物燃料电池的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
2 赵峰;;来自废水的能量-微生物燃料电池[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年
3 李正龙;刘红;孔令才;韩梅;;可利用空间基地有机废物的微生物燃料电池预研[A];中国空间科学学会第16届空间生命学术研讨会论文摘要集[C];2005年
4 孙健;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
5 赵峰;;微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
6 付玉彬;;海底微生物燃料电池研究和应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
7 孔晓英;李连华;李颖;杨改秀;孙永明;;葡萄糖浓度对微生物燃料电池产电性能的影响[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
8 袁勇;庄莉;周顺桂;;盘管式微生物燃料电池的构建及其应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
9 喻玉立;袁用波;胡忠;;产电菌的选育及其在微生物燃料电池中的应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
10 陈禧;王炜;彭香琴;刘宇波;幸毅明;;微生物燃料电池结构与材料研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第八卷)[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;微生物燃料电池处理污水发电两不误[N];中国环境报;2005年
2 记者 符王润 通讯员 曾晓舵 李洁尉 刘静;微生物燃料电池有很大挖掘空间[N];广东科技报;2010年
3 萧潇;微生物燃料电池:处理污水发电两不误[N];中国煤炭报;2005年
4 记者 毛黎;微生物燃料电池技术又推进一步[N];科技日报;2006年
5 纪振宇;微生物燃料电池为汽车节能环保提供解决方案[N];中国高新技术产业导报;2008年
6 本报记者 赵亚平;虾兵蟹将派上新用场[N];科技日报;2007年
7 张芮;希腊从芝士副产品中回收能源[N];中国石化报;2010年
8 常丽君;高空“超级细菌”可成发电新能源[N];科技日报;2012年
9 编译 杨孝文;微生物机器人吃苍蝇发电[N];北京科技报;2006年
10 记者 陈勇;美科学家开发出微生物燃料电池[N];新华每日电讯;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄杰勋;产电微生物菌种的筛选及其在微生物燃料电池中的应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
2 陶琴琴;微生物燃料电池同步脱氮除磷及产电性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 许凤玲;海洋生物膜的电活性及其在微生物燃料电池中的应用基础研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
4 张叶臻;新型石墨纸和石墨烯在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2013年
5 刘宜胜;基于三角转子发动机和微生物燃料电池的微小型电源研究[D];浙江大学;2008年
6 曹效鑫;微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用[D];清华大学;2009年
7 孙敏;微生物燃料电池的功能拓展和机理解析[D];中国科学技术大学;2009年
8 莫光权;功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
9 王凯鹏;电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D];武汉大学;2010年
10 张培远;微生物燃料电池能量特性研究[D];北京工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张鑫;复合微生物燃料电池的研究[D];天津大学;2007年
2 周秀秀;微生物燃料电池阴极催化剂双核酞菁钴的结构及性能优化[D];华南理工大学;2015年
3 黄丽巧;基于微生物燃料电池技术的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];华南理工大学;2015年
4 印霞棐;微生物燃料电池产电性能及处理含铜重金属废水的研究[D];江苏理工学院;2015年
5 刘晔;微生物燃料电池强化去除地下水硝酸盐的研究[D];中国地质大学(北京);2015年
6 李瑞博;微生物燃料电池运行因素影响研究[D];兰州大学;2015年
7 周扬;石墨烯聚苯胺修饰电极在双室微生物燃料电池中的应用研究[D];长安大学;2015年
8 许鸿雁;双室微生物燃料电池产电性能及脱氮效果试验研究[D];长安大学;2015年
9 李会慧;单室微生物燃料电池的电极优化及应用研究[D];长安大学;2015年
10 冉冬琴;阳离子交换膜的制备及其在微生物燃料电池的应用[D];南京理工大学;2015年
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