乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程

以多孔碳纸为阳极,耐水性电催化材料为阴极,设计了无媒介双室微生物燃料电池(MFC).以厌氧污泥为出发菌株,乙酸钠为底物,外接一定负载条件下,进行MFC产电过程研究.分别研究进水质量浓度在800 mg/L,1200 mg/L,1600 mg/L,2000 mg/L,以及在外电阻条件为400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω,水力停留时间48 h时,负载两端的电压、功率密度、电化学池中生物量(VSS)和出水COD的变化规律.结果表明,进水质量浓度升高时,阳极池内生物量减少,COD去除率降低,MFC功率密度提高.在进水乙酸钠质量浓度为2000 mg/L时,MFC最高功率密度为35.71 mW/m2,电流密度为345 mA/m2.外电阻阻值降低后,平均出水COD升高,MFC电流升高,阳极池微生物产电能力增强.     

硫自养反硝化燃料电池脱氮除硫及产电性能的实验研究

通过建立硫自养反硝化燃料电池,将硫自养反硝化的两个反应过程分开,研究同步脱氮除硫效果以及产电能力.实验结果表明,硫自养反硝化燃料电池阳极室除硫阴极室脱氮是可行的,在试验范围内,硫化物和硝酸盐去除负荷最大分别为0.36kg·m-3·d-1和0.07kg·m-3·d-1,其功率密度最大为144.03mW·m-3.阴极室微生物具有较好的接收电子的能力,当阴极室硝酸盐浓度较低时,硝酸盐易被还原成氮气;当硝酸盐浓度较高时,反应产物以亚硝酸盐为主.阴极室中硝酸盐浓度的改变对阳极室硫化物的去除和燃料电池的产电性能影响较小.外电阻主要影响阴极室硝酸盐的去除而对阳极室中硫化物的去除基本无影响.当外电阻从5Ω增加到2 000Ω时,硝酸盐的去除率从100%降低至61.75%,降低外电阻有利于提高MFC阴极脱氮效果.     

SRB生物阴极微生物电池产电性能及处理AMD的研究

构建以厌氧活性污泥为阳极区底物、不锈钢网和活性炭颗粒组合三维阳极、硫酸根为电子受体、吸附固定在活性炭纤维柱上的硫酸盐还原菌为生物阴极的微生物燃料电池系统(MFC),在HRT=24h下处理模拟酸性矿井水(实测Hg2+质量浓度为19mg/L,Cr6+为26.3mg/L,Mn2+为40.2mg/L,Ni 2+为44.8mg/L;pH=3.03;COD=114.8mg/L;SO2-4=3 096.1mg/L),系统运行25d.结果表明:SRB生物阴极MFC系统具有很好产电性能,输出电压高达445 mV(外电阻为1 000Ω),表观内阻为200Ω,功率密度最高达75.66mW·m-2;其对AMD pH值的调节效果显著,出水稳定在pH=7.2左右;废水中Hg2+、Cr6+的去除率均为100%,Mn2+去除率为65%以上,最高达94%,Ni 2+的去除率在92%以上;出水COD均在50mg/L左右;SO2-4去除速率最高达1.824kg/m3·d-1.SRB生物阴极MFC对AMD具有良好的调节和处理效果.     

双室型无质子膜MFC协同去除COD和含氮污染物的能力

分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,以间距180μm的不锈钢网为电极,构建了双室型无质子交换膜微生物燃料电池（MFCs）污水处理系统,厌氧消化菌在阳极附着成膜,组成生物阳极氧化去除有机污染物;反硝化菌在阴极附着成膜,组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,实现污水深度处理。在电池系统稳定运行期间,最高开路电压为126．6mV,COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率分别为88．9％、97．7％和98．2％,而出水中NO2--N的含量始终低于1．25mg／L。阳极室和阴极室不连通时,两室COD、NH4＋-N和NO3--N的最高去除率之和分别为67．0％、76．9％和84．0％,明显低于MFCs系统对污染物的去除能力,这表明该MFCs系统通过耦合阳极氧化和阴极还原作用,具有良好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

不同电子受体微生物燃料电池处理含DCB废水试验

以碳刷为电极,分别采用高锰酸钾和铁氰化钾为阴极电子受体,构建双室型化学阴极微生物燃料电池(MFC),并以3,3′-二氯联苯胺(3,3′-dichlorobenzidine,DCB)和葡萄糖为共基质,研究DCB的降解特性及MFC的产电性能。结果表明:当电子受体浓度为500mg/L,DCB浓度50mg/L时,以高锰酸钾和铁氰化钾分别为电子受体的MFC最大开路电压相应达到741.1mV和277.2mV;MFC的输出电压随电子受体浓度的增大而增大;当外接电阻1 000Ω,DCB浓度为100mg/L时,两种电子受体的MFC均能获得最大输出电压,其中高锰酸钾阴极MFC为426.1mV,铁氰化钾阴极MFC为225.7mV,过高的DCB浓度会抑制MFC的产电效果;两种电子受体的MFC在49h内对DCB去除率均可达到70%左右。     

生物质废弃物MFC产电试验研究

构建了石墨电极双室微生物燃料电池(DMFC),以能源植物——象草生物质为研究对象,进行了生物质废弃物MFC产电试验研究。结果表明:DMFC启动运行后,阳极pH呈上升趋势而显碱性,pH值较为平稳;阴极显酸性且pH的变化幅度大。一定浓度(250～1 000mg.COD/L)的象草秸秆水解产物为阳极底物时,燃料电池最大开路电压为454mV,可稳定在300mV左右,功率密度达到125.89mW/m2。输出电压随外接电阻阻值的增大而增加,输出功率在外接电阻为1 000Ω时最大。     

超滤膜为分隔膜的双室微生物燃料电池的产电特性

针对分隔膜对微生物燃料电池产电特性的影响问题,采用截留分子质量(MWCO)分别为4 ku、10 ku、30 ku和100 ku的4种不同超滤膜(UF)作为分隔膜材料进行了基础研究.通过SEM观察,各反应器阳极表面附着形态相同的产电微生物.阶段运行结果表明:4种UF膜中库伦效率最大为4.15%,功率密度最大为113.3mW/m3,内阻随截留分子质量的增大依次为UF(4 ku)211Ω,UF(10 ku)297Ω,UF(30 ku)157Ω,UF(100ku)241Ω;产电结束后各超滤膜MFC的阳极室出水COD均低于80 mg/L,对COD去除率均达到85%以上,出水pH几乎保持不变;采用聚醚砜材质的UF膜(30 ku)功率密度最大,内阻最小,产电性能最为优良.     

同步产电及废水处理AFB-MFC电极研究

为了考察电极因素对微生物燃料电池产电及废水处理性能的影响,设计了一种新型厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC).研究了不同阴极电极材料,阴极与阳极面积以及阴极底边与阴极室底部距离对AFB-MFC产电及废水处理性能的影响.所有实验在阴极室曝气量为16～24 L/h、回流量为10.7 L/h、进水流量为0.6 L/h、外电阻为250 Ω以及进水COD浓度为3000.98～3789.44 mg/L下进行.结果表明,在尺寸大小均为15.0 cm×3.5cm的碳纸、铜板、铝板、镀锌铁板及铁板中,使用碳纸作阴极电极时AFB-MFC产电性能最好;阴极底边与阴极室底部的最佳距离为17.3～20.3 cm;使用面积为308.8、232.0、160.0和76.8 cm2的碳纸作阳极电极及面积为241.5、210.0、175.0和105.0 cm2碳纸作阴极时,阳极及阴极最佳面积分别为160.0和210.0 cm2.AFB-MFC系统最佳运行条件下COD的去除率维持在约80.00%.放大型AFB-MFC系统有利于今后工程实际应用.     

电化学氧化对甲基橙脱色的研究

在阳极和阴极分别为Ti／RuO2、泡沫镍的无隔膜电解槽内,对甲基橙的电化学脱色效果进行了研究,探讨了外加电压、电解质量浓度、反应时间、以及NaCl的投加量对甲基橙脱色的影响．结果表明,增加电压、提高电解质量浓度、延长反应时间有利于甲基橙色度的脱除．对于含20mg／L的甲基橙溶液,电解质Na2SO4的量浓度为0．1mol／L、溶液pH=7、外加电压为8V,电解60min,溶液的脱色率达到88％,COD去除率为82．9％．     

Effect of p （COD）/p （N） on Nitrous Oxide （ N2 O） Production in Biological Denitrification

利用间歇式反应器（sequencing batch reactor,SBR）,以乙醇作为外加碳源,考察不同化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）与氮的质量浓度的比值对全程和短程反硝化脱氮过程中N：0产量的影响．全程反硝化过程中,调节p（COD）／p（N）为1．56、2．83、4．56、6．01和10．0,短程反硝化中调节p（COD）／p（N）为1．51、2．45、3．33、4．13和9．7．结果表明,全程和短程反硝化的最佳p（COD）／p（N）分别为6．01和4．13,硝酸盐和亚硝酸盐完全被还原,反硝化过程中几乎没有N2O产生,1g混合液悬浮固体（mixed liquor suspended solids,MLSS）每天还原的硝态氮和亚硝态氮分别可达0．077和0．089g．在碳源充足的条件下,反硝化速率不再随着有机物的增加而增加．在低p（COD）／p（N）时,短程反硝化过程中N2O产量远大于全程反硝化过程,最高可达0．607mg／L．在碳源不足时,亚硝酸盐对氧化亚氮还原酶（N2O reductase,N2OR）的抑制作用和p（COD）／p（N）不足是影响系统N2O产量增加的主要原因．     

施氏假单胞菌菌株的脱氮特性

对一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)菌株WIT-1进行研究,初步探讨了菌株WIT-1的脱硝态氮能力、对硝态氮的最高耐受性及在未灭菌生活污水的实际脱氨氮效果.结果表明,在初始化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)为500 mg/L时,48 h对硝态氮的去除率为96.38%.在相同COD条件下,菌株WIT-1对脱硝态氮耐受性为800 mg/L.当菌株WIT-1的接种量为2%时,12 h对生活污水中的氨氮去除率为32.741%.当初始COD含量增加到500 mg/L或者菌株的接种量提高为8%时,12 h对生活污水中的氨氮去除率分别为52.765%和100%.但48 h对氨氮的去除率都只有20%左右.     

空气扩散电极/泡沫镍电化学体系降解苯酚废水的研究

对以空气扩散电极为阴极,泡沫镍为阳极的电化学体系降解苯酚模拟废水进行了研究.采用分光光度法测定苯酚浓度,研究了电解时间﹑电流密度﹑苯酚初始浓度对苯酚去除率的影响.结果表明,空气扩散电极/泡沫镍电化学体系对含酚废水有很强的降解能力,初始浓度为200mg/L的苯酚溶液,在电流密度30mA/cm2条件下电解180min,苯酚去除率99.3%,化学需氧量(COD)去除率80%.     

摇动床生物膜新技术处理废水的研究

利用摇动床具有的容积负荷高与污泥产量低等优点,日本NET株式会社开发了摇动床生物膜新技术.试验结果,摇动床生物膜新技术具有高效处理有机废水和污泥减量的显著特性.最高COD容积负荷2.4 kg/m3.d时,COD去除率为97%;进水最高COD浓度2551 mg/L时,出水COD浓度为83 mg/L.进水平均COD浓度1 182 mg/L时,平均NH4+-N去除率为99.4%,具有较强的硝化能力.此外,摇动床反应器中形成了"细菌-原生动物-后生动物"的较长食物链,有利于污泥减量,运行过程中污泥产率为0.194,仅为普通活性污泥法的50%左右.     

直接产电型垂直流人工湿地微污染水源水处理试验研究

基于生物电化学原理,首次构建直接产电型垂直流人工湿地新装置,进行微污染水源水处理试验,考察其污水净化效果和生物产电特性。结果表明:1)新装置外接电阻为6 000Ω时,能达到777mV的最大输出电压,最大功率密度为8.05mW/m2;2)微污染水源水净化效果好,尤其有较强的脱氮能力,当进水TN平均3.3mg/L,TN去除率最高达到97.35%,平均达到70%;3)试验期间人工湿地植物生长正常。     

电生H2O2协同电解絮凝法处理餐饮废水实验研究

采用电生H2O2协同电解絮凝法处理餐饮废水，研究了废水初始浓度、电解时间、电压、电极材料、pH等因素对降解餐饮废水的影响．结果表明，进水CODCr在1200mg／L以内、pH值为中性的餐饮废水，在10V电压、电磁搅拌、曝气条件下，电解15min后，COD去除率在80％以上．该法利用了铝阳极反应生成的絮凝剂Al(OH)3和阴极上电合成的H2O2对有机物的去除作用，同时阳极产生的H^ 与阴极产生的OH^-中和又促进了两极的反应，使有机物降解更彻底．     

亚甲基蓝模拟废水的电化学处理

为了探讨电化学法处理亚甲基蓝模拟废水的影响因素,采用钛钌电极做阳极,钢板做阴极,处理亚甲基蓝模拟废水,考察了外加电压、电解质种类、电解质浓度、极板间距、原水浓度及电解时间对处理效果的影响.结果表明:最佳电化学处理条件为外加电压7 V,电解质NaCl浓度0.02 mol/L,极板间距2 cm,原水质量浓度200 mg/L,电解时间2 h,在不改变室温和原水pH值的条件下,电化学处理亚甲基蓝的脱色率可达98.4%.因此,电化学处理亚甲基蓝模拟废水,影响亚甲基蓝脱色的主要因素有外加电压、电解质种类及其浓度、极板间距及电解时间,原水浓度也有一定的影响.     

反硝化过程中亚硝酸盐积累研究

在一个SBR反应器中研究了反硝化过程中的亚硝酸盐积累现象。在低的pH和低C/N比(3和2.5)条件下有较明显的积累。pH为5.8左右有利于反硝化过程的亚硝酸盐积累。C/N比为3时,获得的亚硝酸盐积累率最大可达45%。虽然C/N比为2.5时的亚硝酸盐积累率降为37%,但其碳源药剂费用少,并且其出水COD浓度低,可减少后续处理费用。在C/N比为2.5时,硝酸盐降解速率、亚硝酸盐积累速率和亚硝酸盐降解速率随着初始硝酸盐浓度的增大而增大,最高分别达60.02、36.27、10.376 mg.N/(L.h)。而硝酸盐初始浓度40 mg.N/L以上时,对亚硝酸盐的积累率影响不大,为47.5%左右。     

单室空气阴极微生物燃料电池性能

以石墨毡为阳极、Pt/C为阴极、葡萄糖模拟废水为基质构建了一个单室空气阴极微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC),研究了电池内流体、不同葡萄糖底物质量浓度等条件对电池产电性能及污水处理效果的影响.研究结果表明:水流流量为15 mL/min、葡萄糖底物的质量浓度为1.0 g/L时,电池的最大功率为85.9 mW/m2,ACMFC运行48 h,对模拟废水的COD去除率可达81.6%.