MFC对土壤污染物的净化效能研究

摘要

本研究充分利用了土壤在构造上易于形成微生物燃料电池的天然优势，成功构建土壤微生物燃料电池（土壤MFC），同时发挥MFC对难降解有机物的净化效能。通过土壤MFC产电机制与净化机制的有效耦合，实现对土壤难降解有机物的净化。
　　本课题以六氯苯(HCB)为目标污染物，研究了土壤MFC的产电特性及对HCB的净化效能;通过对HCB中间产物的测定，分析了HCB在土壤MFC中的降解途径;考察了不同外阻、不同缓冲液浓度、不同电极间距对土壤MFC系统产电性能、HCB净化效能的影响，由土壤MFC内电子流动机制分析了土壤MFC促进HCB降解作用的原因。实验结果如下:
　　(1)以农田土、在pH为7、土壤含水率为40％的条件下成功构建土壤MFC，在56天的时间内形成4个产电周期，系统的最大电压为154mV，系统内阻为1009.03Ω。闭路土壤MFC对HCB的去除率为53.54％，高于断路土壤MFC的36.08％及无厌氧污泥断路土壤MFC的28.88％。闭路土壤MFC、断路土壤MFC及无厌氧污泥断路土壤MFC三个系统对HCB去除率的差异，分别反映了土壤MFC中厌氧污泥的引入和产电效应对难降解有机物HCB的去除具有促进作用。由GC-MS检测土壤MFC中HCB降解的中间产物，闭路和断路土壤MFC中HCB的降解途径均为HCB→五氯苯→1，2，3，5-四氯苯→1，3，5-三氯苯。
　　(2)随着外接电阻值的减小，系统输出电压减小，电流增大，HCB的去除率也同时增加。在长期运行的土壤MFC中，外接电阻越接近电池内阻，其可获得的功率密度越大;土壤MFC中缓冲液浓度越大，输出电流越大，内阻越小且在一定范围内(0.05-0.2M)缓冲液浓度与输出电流呈显著的线性正相关性，HCB的降解速率及去除率均随缓冲液浓度的升高而增大，NaCl的添加对土壤MFC产电的提高及HCB降解的促进效果不明显;土壤MFC随电极间距的减小，输出电流及HCB去除率先升高后降低，内阻先减小后增大，在一定范围内（80mm-140mm），缩小电极间距可提高土壤MFC产电及对HCB的净化效能，超出此范围继续缩小间距(60mm)反而不利于土壤MFC产电及HCB的降解。由土壤MFC系统的电子流动机制，说明了是电极作用下电子分配方式的改变及共基质效应是土壤MFC促进HCB降解的重要原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 土壤污染

1．2 有机氯农药

1．2．1 有机氯农药的定义及污染现状

1．2．2 典型的有机氯农药

1．3 有机污染土壤的修复处理技术及存在问题

1．3．1 物理／化学修复技术

1．3．2 生物修复技术

1．4 微生物燃料电池技术

1．4．1 微生物燃料电池的工作原理

1．4．2 产电微生物及其在MFC中的电子传递机制

1．4．3 微生物燃料电池处理沉积物中的难降解有机物概况

1．5 研究目的及内容

1．5．1 研究目的及思路

1．5．2 研究内容

第二章 实验材料及分析测试方法

2．1 实验装置

2．2 实验材料、药品及仪器

2．2．1 污染土壤的制备

2．2．2 接种污泥的处理

2．2．3 实验药品与仪器

2．3 实验设置

2．3．1 土壤MFC系统的启动及同步降解HCB

2．3．2 土壤MFC系统降解HCB及产电影响因素的研究

2．4 测定项目及方法

2．4．1 电池性能指标

2．4．2 土壤样品的分析测定方法

第三章 土壤MFC系统的启动及同步降解HCB

3．1 系统启动条件

3．2 污染土壤条件下MFC的产电特性

3．3 HCB降解特性

3．4 小结

第四章 土壤MFC系统降解HCB及产电影响因素的研究

4．1 不同外阻土壤MFC的产电及HCB降解特性

4．1．1 产电特性

4．1．2 HCB降解特性

4．2 不同缓冲液浓度土壤MFC的产电及HCB降解特性

4．2．1 产电特性

4．2．2 HCB降解特性

4．3 不同电极间距土壤MFC的产电及HCB降解特性

4．3．1 产电特性

4．3．2 HCB降解特性

4．4 土壤MFC促进HCB降解作用分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果