组合式生物阴极微生物燃料电池处理含盐废水的工艺性能研究
含盐废水来源广泛、成分复杂。废水中盐分的存在，增加了含盐废水生物处理的难度。含盐废水除了含有高浓度的无机盐外，还含有不同浓度的有机质及氮、磷等营养元素。目前利用微生物燃料电池(MFC)进行脱氮除碳性能研究较多，但是关于盐度对该生物处理系统影响利弊分析报道较少。除此以外，很少学者对不同运行条件下系统有机物去除、硝化反硝化及分子生物学进行分析研究。 针对这些问题，本人通过对目前废水生物处理工艺进行详细分析，结合MFC工艺特性，采用组合型生物阴极微生物燃料电池模拟含盐氨氮废水进行试验，探讨不同进水盐度和不同运行条件下有机物降解效果。从废水脱氮效果着眼分析了各参数因子对组合型生物阴极微生物燃料电池氨氮的硝化反硝化效果影响，优化电池的操作条件。在此基础上对盐度改变下污泥群落结构影响进行了研究。这些研究对于含盐氨氮废水利用MFC生物处理研究进展具有一定的促进作用。通过上述实验，得出以下结论。 (1)组合型生物阴极微生物燃料电池处理含盐废水具有较好的去除有机物、氨氮和产电功能。 (2)不同进水盐度下有机物的降解率能达到73％以上，盐度对系统COD影响较大，在盐度为0g/L和3.5g/L时有机物降解率可达90％以上，盐度大于17.5g/L时系统耐冲击负荷降低，出水开始恶化。整体而言盐度为3.5g/L时COD降解效果最佳。 (3)进水氨氮浓度对有机物降解有一定影响，随进水氨氮增加COD降解率呈现先增大后减小的趋势。实验结果表明当进水NH4Cl浓度为0.3g/L时COD和氨氮降解率同时达到最大。随进水氨氮浓度增加反硝化效果越差。结果表明:与进水盐度相比，进水氨氮负荷变化对硝化反硝化影响更为显著。 (4)系统对有机物降解和氨氮去除均受阴极室DO影响较大。在DO低于3.4mg/L以下，系统中微生物受到抑制，系统对COD的降解率较低。当DO高于4.6mg/L以上，系统中COD降解率显著增加，至DO为7.0mg/L时不同盐度COD降解率大于97％。在DO低于3.4mg/L时，氨氮去除率低于82.6％，当DO增至7.0mg/L时氨氮去除率大幅度增加，盐度为0g/L时去除率高达98.2％。在DO值较低时氨氮在阴极室中好氧硝化过程进行的不够充分，从而影响了阳极室中厌氧反硝化进程。当阴极室DO从2.0mg/L增加至7.0mg/L时，脱氮率可提高约24％。 (5)阳极室HRT对有机物的降解影响较大，在HRT为8h情况下，系统对COD的去除效果较差。随HRT的升高，COD降解率逐渐上升，在HRT在13.3h以上时，HRT继续增加对COD的降解率影响不大，为了保证系统的去除效率和节约成本，系统选用HRT为13.3h。通过实验验证HRT对氨氮的去除影响，当HRT增大时，阳极室出水氨氮去除率增大，而经阴极室曝气后阴极室出水降解率受HRT影响不大。 (6)系统对有机物和氨氮的降解受载荷电阻有较小影响，随着负载电阻的降低，废水中COD去除率大致上呈现逐渐上升的趋势。当负载电荷大于100Ω时，阴极室主要以氧气作为电子受体，负载电阻低于100Ω以下时，阴极室中一部分硝酸盐用于产电部分，硝氮去除率增加，脱氮效果更佳。 (7)盐度改变下阳极膜上大多菌种属于α-proteobacteria、β-proteobacteria、δ-proteobacteria及Actinobacteridae纲。
含盐废水;微生物燃料电池;组合式生物阴极;工艺性能;有机物降解
中国海洋大学
硕士
环境工程
金春姬
2015
中文
X703.1
79
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）