生物阴极型微生物燃料电池脱氮研究进展

在分析总结微生物燃料电池(MFC)脱氮原理的不同观点基础上,重点分析了碳氮比、溶解氧、pH值、外阻和温度等因素对MFC脱氮及产电性能的影响,介绍了MFC脱氮工艺的单室、双室及三室结构,阐述了MFC脱氮未来需解决的问题及发展方向。     

异养反硝化微生物燃料电池脱氮产电性能研究

构建了双室型微生物燃料电池(MFC),探讨了异养反硝化底物降解、产电特性和指示作用。结果表明:有机物是影响异养反硝化微生物燃料电池产电和污水处理性能的关键影响因素,未加入有机物时MFC产电仅有10 m V;MFC的电信号能较好地反映亚硝氮、COD基质浓度的变化情况,因此可用电压变化指示底物的降解过程;在不考虑菌体水解、同化作用所引起氨氮浓度的增加问题时,亦可用时间来指示氨氮的降解过程。     

微生物燃料电池在污水生物脱氮中的研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种新型污水处理技术,其在处理污水的同时能产生电能,引起众多研究者的关注.将MFC应用于含氮污水的处理中便形成了反硝化或同步硝化反硝化MFC系统.本文回顾了MFC生物脱氮的发展历程,并从MFC实验装置的设计构造(空间构型、电极材料、分隔材料)、影响因素(含氮污染物浓度、水力停留时间、溶解氧、碳源与碳氮比、温度、pH值、外电阻)和反硝化细菌的基因表达与多样性等3个方面进行了综述与分析,提出需要从以下方面进行MFC生物脱氮效能的强化:开发具有强电子传输能力和氨氧化催化功能的廉价高效电极材料,优化MFC脱氮的运行条件和探索不同环境下的脱氮机理,通过研究MFC阴极微生物种群构成筛选培育优势反硝化功能菌.     

不同运行方式对多阳极型微生物燃料电池反硝化及产电性能的影响

利用多阳极型微生物燃料电池（multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC）实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当MA-MFC的阴极存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为64.35%,明显高于开路状态下同样时间内的硝酸盐氮去除率（45.89%）。当MA-MFC的阴极不存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为17.49%,而开路状态下的硝酸盐氮浓度没有变化。此外,MA-MFC采用并联方式运行时的产电性能和硝酸盐氮去除速率比采用串联方式运行时大幅提高。而在外电阻为100Ω时,MA-MFC在串联或并联状态下均能够达到最高的硝酸盐氮去除率及较高的产电性能。综合上述条件,发现当MA-MFC处于闭路状态、采用并联方式运行、阴极无碳源以及外电阻为100Ω时,能够实现最佳的硝酸盐氮去除率和最大输出功率,分别为94.21%、2.07W/m³。     

高盐废水生物阴极MFCs产电及脱氮性能研究

构建了双室生物阴极微生物燃料电池系统(MFCs),分析了曝气强度对系统脱氮和产电性能的影响,并讨论了间歇曝气对污染物的去除影响。结果表明,生物阴极MFCs实现了污染物去除和能量回收的双重目的,生物阴极MFCs稳定运行时,最大功率密度、开路电压和电池内阻分别为2.72 W/m~3、660 mV、131Ω。曝气强度40～100 mL/min、DO浓度在4～6 mg/L时,电压输出最大为253 mV,产电周期最长,生物阴极MFCs对COD去除以及脱氮效果较为理想。间歇式曝气运行方式既能有效提高生物阴极脱氮性能又可以减少维持高浓度DO的能量输入。控制间歇曝气2 h,对污染物TN去除效果最好,比持续曝气提高20%。     

同步硝化反硝化生物脱氮技术的研究进展

同步硝化反硝化工艺同传统的生物脱氮工艺相比,可以节约氧和碳源的耗量,大大降低生产运行费用,具有很大的发展前途。结合国内外研究成果,从微环境理论、宏观环境理论和微生物学理论方面对同步硝化反硝化的产生机理进行了综述,并分析了同步硝化反硝化的实现条件和影响因素。同时,结合同步硝化反硝化技术在实际中的最新应用情况,对该技术需解决的问题及应用前景作了探讨。     

同步废水处理及产电的微生物燃料电池研究进展

同步废水水处理及产电的微生物燃料电池是利用生物催化剂直接把化学能转化为电能,具有能量转化率高、污泥产率低、反应条件温和等优点。本文阐述了微生物燃料电池的工作原理及电子传递机理,综述了其最新的研究进展,并对微生物燃料电池在污水处理领域的发展方向作了展望。     

混凝土生态膜法同步硝化反硝化脱氮研究

采用自制的低成本混凝土生态膜及其膜反应器,研究反应器中同步硝化反硝化过程中各种影响因素及其发生的机理。试验表明,在自然复氧条件下,常温常压下,进水COD浓度为200mg·L^-1,碳氮比为8,HRT为3h,pH为7．5左右时,反应器中SND脱氮保持良好的效果,溶解氧在反应器和生物膜体中分布不均匀是SND脱氮机理的主要原因。     

短程硝化反硝化生物脱氮技术的探讨

短程硝化反硝化技术是将硝化反应控制在亚硝酸盐阶段,不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化,直接进行反硝化反应。文章阐述了短程硝化反硝化的形成机理,理论研究进展,系统介绍了短程硝化反硝化影响因素与控制分析,并探讨了短程硝化反硝化生物脱氮技术需深入研究的要点     

悬浮填料床同步硝化反硝化脱氮试验研究

在好氧条件下,向反应器中装填悬浮填料进行脱氮试验,考察生物膜法对氨氮和总氮的去除效果.结果表明：DO为3.0 mg.L-1时,氨氮平均去除率达到89.52％、总氮平均去除率达到29.46％.在好氧条件下,生物膜脱氮效果明显,硝酸盐氮的积累使反硝化过程成为脱氮的制约因素之一.     

Simultaneous nitrification and denitrification with electricity generation in dual‐cathode microbial fuel cells

BACKGROUND: Nitrogen removal using microbial fuel cells (MFCs) is of great interest owing to the potential benefits of bioenergy production. In this study, simultaneous nitrification and denitrification in dual‐cathode MFCs was investigated. RESULTS: The dual‐cathode MFCs investigated were capable of generating electricity and removing nitrogen, influenced by operating methods, nitrogen loading rates and external resistance. Depending on the ammonium concentration in the anode chamber, 84–97% of the ammonium nitrogen was removed via nitrification in the aerobic cathode. The removals of nitrate and total nitrogen were relatively low (～50%) at the influent ammonium concentration of 80 mg NH₄⁺‐N L^?1, but were significantly improved to more than 90% at a lower ammonium input (40 and 20 mg NH₄⁺‐N L^?1). When the electrode couples were electrically connected for different purposes, with high power output from the anode/aerobic cathode and high current generation from the anode/anoxic cathode, nitrogen removal was also improved. An investigation of aeration suggested that factors other than carbon supply, possibly inefficient reactor configuration, also limited the performance of the developed MFC. CONCLUSION: The experimental results demonstrated that the proposed pathway was feasible with effective nitrogen and organic removal. This study provided valuable information for the further development of a continuously operated dual‐cathode MFC system. Copyright © 2011 Society of Chemical Industry     

供氧速率影响同时硝化反硝化脱氮的研究

通过在实验室内建立同时硝化反硝化(SND)装置,考察了供氧速率对SND脱氮的影响。结果显示,当供氧速率由50 m L/(min·L)提高至100 m L/(min·L)时,COD与NH3-N去除效率变化不大,分别保持在96%与99%以上,而TN去除率由80%降低至70%左右。为研究造成脱氮性能差异的原因,采用批次试验测试了不同供氧速率下的脱氮过程。研究结果表明,供氧速率的增加不影响反硝化速率,但会提高碳氧化速率,从而加快有机物的消耗,缩短了反硝化的时间,从而造成TN去除率下降。     

序批式生物膜反应器的同步硝化反硝化研究

序批式生物膜反应器(SBBR)在好氧条件下能创造缺氧微环境.出现同步硝化反硝化现象.为在城市污水处理中实现持久稳定的同步硝化反硝化过程,研究了DO、C/N、温度和pH对SBBR同步硝化反硝化的影响.结果表明:DO是影响同步硝化反硝化重要因素,温度和pH对硝化菌和反硝化菌的生物活性具有明显的抑制作用,在中性和略偏碱性时可较好地实现同步硝化反硝化.     

生物陶粒MBBR同步硝化反硝化脱氮试验研究

利用生物陶粒作为移动床生物膜反应器(MBBR)的填料,通过试验考察了MBBR发生同步硝化反硝化(SND)的可能性。分析了溶解氧和碳氮质量比对SND的影响。试验结果表明:MBBR具有良好的有机物去除及同步硝化反硝化能力。溶解氧的质量浓度在3 mg/L左右时,不仅能够满足硝化作用的需要而且又不严重抑制反硝化作用,NH3-N去除率达到81.45%的同时TN去除率为60.35%;进水碳氮质量比在10左右时,NH3-N、TN去除率分别为81.65%、63.60%。     

高氮豆制品废水的亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮工艺

采用序批式活性污泥法,通过控制溶解氧浓度开发出处理高氮豆制品废水的新工艺.实验结果显示,当曝气阶段反应器内溶解氧浓度保持在0.5 mg•L^-1左右时,曝气过程中NO^-₂-N/NO^-_x-N的比率始终维持在93%以上,并且曝气结束时,有大约87.6%的氨氮是通过同步硝化反硝化途径去除的.因此,控制反应器内溶解氧浓度在0.5 mg•L^-1左右时,在一个反应器内同时实现了亚硝酸型硝化反硝化和同步硝化反硝化.经过理论计算和机理分析,在此溶解氧下,亚硝酸菌的比增殖速率近似为硝酸菌的2.22～2.43倍,并且低溶解氧容易在活性污泥颗粒内形成进行反硝化作用的缺氧区.因此,在常温下,只要采用溶解氧传感器控制SBR反应器内溶解氧浓度在0.5 mg•L^-1左右,就可以实现稳定的亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮工艺.     

温度冲击对MFCs脱氮及微生物群落结构的影响

构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究温度冲击对微生物燃料电池脱氮及微生物群落结构的影响。结果表明,温度升高到25℃时,短程硝化反硝化效果最好,氨氮去除率达到95. 71%,亚硝态氮积累率可达89. 14%,总氮去除率为80. 46%。温度由20℃升高至25℃后,再由25℃降至20℃情况下,系统内均为短程硝化反硝化;但当温度降至15℃低温下,硝化类型转变为全程硝化,总氮去除率仅为20. 82%。25℃下,硝化反硝化菌所属的变形菌门(Protebacteria)丰富度高达77. 81%,优势纲Betaproteobacteria也达到66. 16%。主要的AOB菌属Nitrosomonas所占比例为1. 52%,短程硝化反硝化优势菌Thauera所占比例高达51. 12%。     

硫代硫酸盐驱动自养反硝化耦合厌氧氨氧化强化总氮去除

通过在以硫代硫酸钠为电子供体的硫自养反硝化（SADN）反应器中加入厌氧氨氧化（ANAMMOX）污泥,成功构建了SADN耦合ANAMMOX自养脱氮系统。试验探究了耦合系统的启动与稳定运行期间的脱氮性能,在温度为(36±1)℃、进水总氮（TN）负荷为0.8kg/(m³·d)的条件下,耦合系统实现了高效稳定运行,总氮去除率最高达到94.6%,大于ANAMMOX理论最高总氮去除率89%。研究了S/N比（进水S₂O{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}-S与NO{}_{\mathrm{3}}^{-}-N的比值）对脱氮效果的影响,确定了最佳运行参数。其中,在进水S/N比在1.6~2.2时,耦合系统能够保持最佳的脱氮效率。ANAMMOX和SADN途径对总氮去除贡献率分别稳定在96.2%和3.8%左右,ANAMMOX在耦合体系中占据主导地位,进水总氮主要由ANAMMOX途径去除。通过批次实验测试长期运行后的污泥活性,结果表明SADN菌和ANAMMOX菌均能够保持较高的活性,两者在耦合体系中为底物互补的协同合作关系。     

厌氧污泥接种双室微生物燃料电池去除氨氮的研究

构建并成功运行了厌氧污泥接种的双室MFC系统,评估了该系统处理模拟氨氮废水的效果,阐明微生物生态同MFC耦合氨氮去除的内在联系。结果表明,接种厌氧污泥的MFC电压输出最高可达523 m V,优于接种普通活性污泥的同型MFC。该双室MFC阳极室对低浓度氨氮废水(53 mg/L)的去除率最高为52.5%,对高浓度氨氮废水(294 mg/L)的去除率最高可达91.4%。基于SEM和DGGE的表征证实,接种MFC运行前后的厌氧污泥生物膜形貌和微生物群落结构都有明显的变化,群落多样性减少,优势种群数量增加,部分为典型胞外电子呼吸菌地杆菌。