植物陰極浮床式微生物燃料電池產電及脫氮性能研究
發(fā)布時間：2022-02-10 00:52
氮磷過量排放導致的水體富營養(yǎng)化問題已經受到廣泛關注,氮的去除對控制河道水體富營養(yǎng)化具有重要意義,因此脫氮成為水污染治理中的重點也是難點。作為河道的原位修復技術,生態(tài)浮床對脫氮具有一定優(yōu)勢,但仍然存在冬季植物生長狀態(tài)較差、根系微生物活性不高、脫氮效果降低的問題,MFC產生的微電流可以促進植物在低溫下生長、改善植物生長狀態(tài),進而強化浮床的脫氮效果。本研究將生態(tài)浮床和微生物燃料電池進行耦合（以下簡稱耦合系統(tǒng)）,選取風車草、金魚藻、鳳眼蓮、空心菜作為陰極浮床植物,并設置空白組,探究陽極產電效能及其對脫氮效果的影響;并結合植物根系分泌能力、植物對NH4+-N的吸收動力學以及電極表面附著微生物的酶活性分析,闡明系統(tǒng)的產電性能、揭示強化脫氮機理。主要研究結果如下:（1）在相同運行條件下(進水COD濃度為100mg·L-1,NH4+-N濃度為30mg·L-1,HRT=2天),種植植物可以使系統(tǒng)內阻降低21.23%-67.66%（相比于空白組）,陰陽極電子傳遞效率得到提高,...
【文章來源】：東南大學江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術路線
第二章試驗裝置和方法7第二章試驗裝置和方法2.1試驗裝置如圖2-1所示，陰極和陽極面積均為30cm×30cm，材質為兩片石墨氈之間加一片不銹鋼網，兩極間距為10cm。導線采用“納鞋底”的方式穿過石墨氈，并從石墨氈中心引出，陰極石墨氈厚度為2mm，采用空氣陰極。陽極石墨氈厚度為10mm。陰陽極導線之間連接500Ω電阻，植物栽種在陰極上方，風車草莖部需固定，浮床采用PVC管制作，尺寸為35×35×30cm，水箱為PVC材質，尺寸為46.5×56.5×30cm。排水口高度與液面相同，取水口設置在距離裝置底部1/3和2/3處。圖2-1為本試驗裝置結構圖，圖2-2為本試驗裝置實物圖。圖2-1試驗裝置示意圖
東南大學碩士學位論文8圖2-2試驗裝置實物圖2.2試驗材料與儀器2.2.1試驗材料試驗采用的植物包括風車草、金魚藻、鳳眼蓮、空心菜，電極采用石墨氈包裹不銹鋼網片，外電阻500Ω，導線采用直徑0.5mm鈦絲，浮床框架采用PVC管搭建。試驗用污泥取自江寧開發(fā)區(qū)污水處理廠二沉池，污泥初始濃度（MLSS）約42.5g·L-1。污泥分為兩部分，接種至各系統(tǒng)陰極的污泥要進行為期一周的曝氣饑餓處理，接種至各系統(tǒng)陽極的污泥要進行為期一個月的厭氧消化。2.2.2反應器運行條件反應器共設5組裝置，裝置采取人工掛膜的方式啟動，啟動階段采用序批式進水，待裝置啟動成功后采用連續(xù)流進水，水力停留時間為2天。將鳳眼蓮均勻地布置在浮床上，隨著運行時間的延長，植物會均勻生長在浮床上；對于風車草，需要在網片的網眼上插入植物；采用空心菜作為浮床植物時，先將購買的空心菜種子播種在土里育苗，等菜苗長到5cm再移栽至浮床上；金魚藻直接放置于陰極上表面。不同植物組裝置植物覆蓋率均在80%左右。參考Yan等[39]利用單室MFC脫氮，在C/N比為3時COD去除及脫氮效果最好，人工配水水質C/N比確定為3.3。COD采用無水葡萄糖配制，NH4+-N采用氯化銨配制。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]嗜堿鹽單胞菌X3中異化型硝酸鹽還原酶編碼基因簇的功能驗證及蛋白結構預測[J]. 王越,李秋芬,張艷. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]國內生態(tài)浮床原位修復復合強化技術研究進展[J]. 辛在軍,魏國汶,姚忠,江成,吳永明. 北方園藝. 2019(03)
[3]Relationship between electrogenic performance and physiological change of four wetland plants in constructed wetland-microbial fuel cells during non-growing seasons[J]. Yin Zhou,Dong Xu,Enrong Xiao,Dan Xu,Peng Xu,Xia Zhang,Qiaohong Zhou,Feng He,Zhenbin Wu. Journal of Environmental Sciences. 2018(08)
[4]生態(tài)浮床的改進設計及其性能比較研究[J]. 張擇瑞,張學飛,郭婧,汪家權. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2018(04)
[5]兩種沉水植物對上覆水和間隙水中各形態(tài)磷的影響[J]. 楊文斌,高順峰,萬銳,孫祥,王贏. 環(huán)境科學. 2018(05)
[6]致命的氮污染[J]. 趙鑫. 生態(tài)經濟. 2017(11)
[7]濕地植物-沉積物微生物燃料電池產電及河流底泥修復[J]. 朱娟平,王健,張?zhí)?陳志良,朱能武. 環(huán)境工程學報. 2017(06)
[8]微生物燃料電池中產電微生物的研究進展[J]. 張霞,肖瑩,周巧紅,吳振斌. 生物技術通報. 2017(10)
[9]波茨坦短芽孢桿菌異養(yǎng)硝化性能與關鍵酶活性研究[J]. 葛啟隆. 太原學院學報(自然科學版). 2017(02)
[10]水生蔬菜型濕地植物對氮、磷營養(yǎng)鹽的吸收動力學[J]. 韓璐瑤,呂錫武. 環(huán)境工程學報. 2017(05)
博士論文
[1]電流對生物—電化學反硝化工藝的影響機制[D]. 劉恒源.中國地質大學(北京) 2018
[2]人工濕地型微生物燃料電池同步降解偶氮染料與產電的特性及機理[D]. 方舟.東南大學 2017
[3]美味牛肝菌亞硝酸鹽還原酶的研究[D]. 張薇薇.中國農業(yè)大學 2016
碩士論文
[1]同步硝化反硝化與反硝化除磷耦合強化脫氮除磷微生物特性研究[D]. 李寒.東南大學 2017
[2]雙室微生物燃料電池脫氮與產電特性研究[D]. 于洋洋.長安大學 2017
[3]幾種水生植物對富營養(yǎng)水體的凈化效果研究[D]. 汪文強.西南大學 2016
[4]生物陰極型微生物燃料電池處理含鹽氨氮廢水及產電性能的研究[D]. 劉明.中國海洋大學 2015
[5]浮床植物—沉積物微生物燃料電池系統(tǒng)對底泥的修復研究[D]. 黃永芳.華南理工大學 2014
[6]珠江水體中氨氧化古菌亞硝酸鹽還原酶和氨單加氧酶基因多樣性研究[D]. 井洪珍.華南理工大學 2014
[7]不同工藝生態(tài)浮床技術對污染水體的凈化效果、機制及示范研究[D]. 楊鳳娟.暨南大學 2011
[8]十五里河氮磷形態(tài)及生態(tài)修復模擬研究[D]. 周楠楠.合肥工業(yè)大學 2010
[9]臨江河填料人工浮床生態(tài)治理技術研究[D]. 肖華.重慶大學 2008
[10]近自然濕地處理污染河水的工藝特性研究[D]. 靖玉明.山東大學 2008
本文編號：3617948
【文章來源】：東南大學江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
技術路線
第二章試驗裝置和方法7第二章試驗裝置和方法2.1試驗裝置如圖2-1所示，陰極和陽極面積均為30cm×30cm，材質為兩片石墨氈之間加一片不銹鋼網，兩極間距為10cm。導線采用“納鞋底”的方式穿過石墨氈，并從石墨氈中心引出，陰極石墨氈厚度為2mm，采用空氣陰極。陽極石墨氈厚度為10mm。陰陽極導線之間連接500Ω電阻，植物栽種在陰極上方，風車草莖部需固定，浮床采用PVC管制作，尺寸為35×35×30cm，水箱為PVC材質，尺寸為46.5×56.5×30cm。排水口高度與液面相同，取水口設置在距離裝置底部1/3和2/3處。圖2-1為本試驗裝置結構圖，圖2-2為本試驗裝置實物圖。圖2-1試驗裝置示意圖
東南大學碩士學位論文8圖2-2試驗裝置實物圖2.2試驗材料與儀器2.2.1試驗材料試驗采用的植物包括風車草、金魚藻、鳳眼蓮、空心菜，電極采用石墨氈包裹不銹鋼網片，外電阻500Ω，導線采用直徑0.5mm鈦絲，浮床框架采用PVC管搭建。試驗用污泥取自江寧開發(fā)區(qū)污水處理廠二沉池，污泥初始濃度（MLSS）約42.5g·L-1。污泥分為兩部分，接種至各系統(tǒng)陰極的污泥要進行為期一周的曝氣饑餓處理，接種至各系統(tǒng)陽極的污泥要進行為期一個月的厭氧消化。2.2.2反應器運行條件反應器共設5組裝置，裝置采取人工掛膜的方式啟動，啟動階段采用序批式進水，待裝置啟動成功后采用連續(xù)流進水，水力停留時間為2天。將鳳眼蓮均勻地布置在浮床上，隨著運行時間的延長，植物會均勻生長在浮床上；對于風車草，需要在網片的網眼上插入植物；采用空心菜作為浮床植物時，先將購買的空心菜種子播種在土里育苗，等菜苗長到5cm再移栽至浮床上；金魚藻直接放置于陰極上表面。不同植物組裝置植物覆蓋率均在80%左右。參考Yan等[39]利用單室MFC脫氮，在C/N比為3時COD去除及脫氮效果最好，人工配水水質C/N比確定為3.3。COD采用無水葡萄糖配制，NH4+-N采用氯化銨配制。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]嗜堿鹽單胞菌X3中異化型硝酸鹽還原酶編碼基因簇的功能驗證及蛋白結構預測[J]. 王越,李秋芬,張艷. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]國內生態(tài)浮床原位修復復合強化技術研究進展[J]. 辛在軍,魏國汶,姚忠,江成,吳永明. 北方園藝. 2019(03)
[3]Relationship between electrogenic performance and physiological change of four wetland plants in constructed wetland-microbial fuel cells during non-growing seasons[J]. Yin Zhou,Dong Xu,Enrong Xiao,Dan Xu,Peng Xu,Xia Zhang,Qiaohong Zhou,Feng He,Zhenbin Wu. Journal of Environmental Sciences. 2018(08)
[4]生態(tài)浮床的改進設計及其性能比較研究[J]. 張擇瑞,張學飛,郭婧,汪家權. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2018(04)
[5]兩種沉水植物對上覆水和間隙水中各形態(tài)磷的影響[J]. 楊文斌,高順峰,萬銳,孫祥,王贏. 環(huán)境科學. 2018(05)
[6]致命的氮污染[J]. 趙鑫. 生態(tài)經濟. 2017(11)
[7]濕地植物-沉積物微生物燃料電池產電及河流底泥修復[J]. 朱娟平,王健,張?zhí)?陳志良,朱能武. 環(huán)境工程學報. 2017(06)
[8]微生物燃料電池中產電微生物的研究進展[J]. 張霞,肖瑩,周巧紅,吳振斌. 生物技術通報. 2017(10)
[9]波茨坦短芽孢桿菌異養(yǎng)硝化性能與關鍵酶活性研究[J]. 葛啟隆. 太原學院學報(自然科學版). 2017(02)
[10]水生蔬菜型濕地植物對氮、磷營養(yǎng)鹽的吸收動力學[J]. 韓璐瑤,呂錫武. 環(huán)境工程學報. 2017(05)
博士論文
[1]電流對生物—電化學反硝化工藝的影響機制[D]. 劉恒源.中國地質大學(北京) 2018
[2]人工濕地型微生物燃料電池同步降解偶氮染料與產電的特性及機理[D]. 方舟.東南大學 2017
[3]美味牛肝菌亞硝酸鹽還原酶的研究[D]. 張薇薇.中國農業(yè)大學 2016
碩士論文
[1]同步硝化反硝化與反硝化除磷耦合強化脫氮除磷微生物特性研究[D]. 李寒.東南大學 2017
[2]雙室微生物燃料電池脫氮與產電特性研究[D]. 于洋洋.長安大學 2017
[3]幾種水生植物對富營養(yǎng)水體的凈化效果研究[D]. 汪文強.西南大學 2016
[4]生物陰極型微生物燃料電池處理含鹽氨氮廢水及產電性能的研究[D]. 劉明.中國海洋大學 2015
[5]浮床植物—沉積物微生物燃料電池系統(tǒng)對底泥的修復研究[D]. 黃永芳.華南理工大學 2014
[6]珠江水體中氨氧化古菌亞硝酸鹽還原酶和氨單加氧酶基因多樣性研究[D]. 井洪珍.華南理工大學 2014
[7]不同工藝生態(tài)浮床技術對污染水體的凈化效果、機制及示范研究[D]. 楊鳳娟.暨南大學 2011
[8]十五里河氮磷形態(tài)及生態(tài)修復模擬研究[D]. 周楠楠.合肥工業(yè)大學 2010
[9]臨江河填料人工浮床生態(tài)治理技術研究[D]. 肖華.重慶大學 2008
[10]近自然濕地處理污染河水的工藝特性研究[D]. 靖玉明.山東大學 2008
本文編號：3617948
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