氨迁移对阴极反硝化双室微生物燃料电池产电性能及脱氮效率的影响实验

摘要

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为催化剂,将燃料中的化学能转化为电能的装置。MFC在利用微生物处理废水的同时产生电能,是一种清洁可再生能源技术。此外,将其应用于污水处理过程,由于燃料来源广泛,反应条件温和,能量转化过程无燃烧过程,故转化效率较高,是一种绿色的污水处理新技术。
　　根据阳极室与阴极室分开与否,MFC可分为单室MFC和双室MFC。双室MFC中阴极发生反硝化反应的称为阴极反硝化双室MFC。反应器启动时间长、脱氮效率低、反应过程复杂等问题制约了阴极反硝化双室MFC的发展。本研究采取连续进水方式,对阴极反硝化双室MFC的启动过程、氨迁移对阴极反硝化双室MFC的产电性能和脱氮效率的影响及阴极反硝化双室MFC脱氮过程产生氧化亚氮的量进行了研究。得到以下结论:
　　1、阴极反硝化双室MFC启动阶段,外加直流电源会使阳极电势出现电压反转现象后迅速降低并达到稳定,并且使阴极电势有微小的上升趋势。外加直流电源对阳极达到稳定的产电子能力有着促进作用,对阴极得电子能力有一定的促进,但效果不明显。
　　2、外加直流电源的加入使MFC在相同外阻情况下输出电流有了明显的提升,对于MFC内阻的优化起一定的促进作用。
　　3、阴极反硝化双室MFC阳极中的氨氮从阳极向阴极扩散后,MFC的输出电压急剧下降,总氮去除率降低。氨氮的迁移对微生物燃料电池的产电性能及脱氮效率都有明显的抑制作用,。
　　4、阴极反硝化双室MFC中NO3-N,NO2-N,NH4-N,N2O的浓度在不同的氨氮浓度及溶解氧浓度情况下有着不同的变化趋势。在不控制溶解氧的情况下阴极室内将发生硝化、反硝化、短程硝化反硝化等一系列可能产生氧化亚氮的反应。

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第一章 绪论

1.1水中氮素的来源

1.2水体氮素超标的危害

1.3 传统生物脱氮理论

1.3.1 生物脱氮原理

1.3.2 传统生物脱氮工艺

1.3.3 生物脱氮研究进展

1.3.4 微生物燃料电池生物脱氮工艺

1.4氧化亚氮的认识

1.4.1历史背景

1.4.2氧化亚氮的产生途径

1.4.3影响氧化亚氮积累的因素

1.4.4规避氧化亚氮释放的方法

1.5本课题的主要研究目的与内容

1.5.1 本论文的主要研究目的和意义

1.5.2 本论文的主要研究内容

第二章 试验装置及条件

2.1 试验材料与方法

2.1.1 试验装置

2.1.2 试验用水

2.1.3 分析项目及方法

2.2 试验的运行方式及启动

2.2.1 试验的运行方式

2.2.2 试验前准备

第三章 外加直流电源对MFC启动过程影响的研究

3.1外加电源对于MFC产电性能的分析

3.1.1 外加电源对MFC产电性能的影响

3.1.2 MFC内阻的估计方法

3.1.3 MFC阴极得电子能力分析

3.2外加直流电源情况下MFC脱氮能力的分析

3.3 本章小结

第四章 氨氮对MFC产电性能的影响及原因分析

4.1 初步分析氨氮对MFC的影响

4.1.1 阳极进水撤除氨氮

4.1.2 氯化铵的加入引起的MFC的变化

4.1.3 探究MFC系统内复杂的反应

4.2 氨氮影响MFC阴极过程的详细分析

4.3 MFC阴极复杂反应中产生N2O的分析

4.3.1 氧化亚氮的产生途径分析

4.3.2氧化亚氮的测定

4.4 本章小结

结论与建议

参考文献

致谢