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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。
【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

【共引文献】
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