MFC-MBR耦合系统处理含酚废水的运行条件优化

摘要

在煤焦工业、石油工业、生产或使用苯酚及其它酚类化合物的企业的生产过程中，会产生大量的含酚废水，酚类化合物是一种原型质毒物，不但会对人体产生健康威胁，还会影响水产业、畜牧业及农业的正常生产。目前含酚废水的处理方法有很多种，有物理法、化学法及生物法，其中应用最多的就是生物法，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell）和膜生物反应器（Membrane Bioreactor）便是生物法中其中的两种。 由于MFC及MBR在结构上存在相似性，所以存在将两者耦合在一个反应器中的可能性，即MFC-MBR耦合系统。目前MFC-MBR耦合系统主要的研究方向有三个方面：（1）MFC-MBR耦合系统控制膜污染机理研究。（2）MFC-MBR耦合系统反应器构型研究。（3）MFC-MBR耦合系统膜材料研究。但是关于利用其处理含酚废水等难降解的研究却很少见，所以本研究构建了MFC-MBR耦合系统处理含酚废水，使用模拟废水作为实验水源，通过梯度驯化的方式驯化MFC-MBR耦合系统，通过控制变量的方式探究了其最佳的运行条件，并在结构上对其进行改进。得出了以下结论： 构建了MFC-MBR耦合系统，以污水处理厂厌氧池污泥为接种菌源，在外接电阻1000Ω，曝气强度2L/min，磁力搅拌器搅拌强度30r/min的情况下，用梯度驯化的方式，最终可达到0.74V的最高电压输出。在验证耦合系统MFC-MBR处理苯酚的可行性时，发现在MFC阴极添加苯酚会使其产电性发生改变，实验中在阴极添加COD浓度为500mg/L的苯酚后，最高电压可达0.74V，最大功率密度可达101.4mW/m2，内阻为163Ω，而对比MFC阴极无反应底物时，最高电压可达0.71V，最大功率密度可达65.885mW/m2，内阻为277Ω。通过分析，是由于苯酚中的羟基（-OH）的氧化能力比氧气更强导致的。选取HRT、外接电阻及进水COD为操作条件，综合产电性及污染物降解能力进行评定，得出MFC-MBR耦合系统最佳的运行条件为HTR3h，外接电阻150Ω，进水COD值500mg/L，曝气强度2L/min，磁力搅拌器强度30r/min。此条件下可得到96.8mW/m2的功率密度和80.3％的COD降解率。对MFC-MBR耦合系统进行结构改进，以MFC-MBR耦合系统产生的电能为电源，通过在MBR膜组件周围用碳毡构造外界电场，通过电场力对膜污染物的作用缓解MBR膜污染问题。本研究为MFC-MBR耦合系统处理含酚类难降解废水提供了可靠的理论分析及实验支持，有助于实现该技术在处理含酚类废水方面的应用价值。

目录

声明

第一章 引言

1.1含酚废水

1.1.1含酚废水的现状

1.1.2含酚废水的危害

1.1.3含酚废水的处理方法

1.2MFC-MBR耦合系统

1.2.1MFC研究现状

1.2.2MBR研究现状

1.2.3MFC-MBR耦合系统研究现状

1.3研究目的、内容、意义及技术路线

1.3.1研究目的及内容

1.3.2研究意义

1.3.3技术路线

第二章 实验方法与仪器药品

2.1实验药品及仪器

2.1.1实验药品

2.1.2实验仪器

2.1.3实验用水

2.2实验材料及其预处理

2.3实验装置

2.4MFC-MBR耦合系统的启动

2.5MFC-MBR耦合系统的各项指标

2.5.1电压的采集

2.5.2MFC-MBR耦合系统电流、电流密度及功率密度的测定

2.5.3MFC-MBR耦合系统内阻的测定

2.5.4MFC-MBR耦合系统极化曲线与功率密度曲线的绘制

2.5.5MFC-MBR耦合系统降解能力的测定

第三章 MFC-MBR耦合系统的启动

3.1MFC-MBR耦合系统的梯度驯化

3.2驯化的具体过程

3.3驯化结果分析与讨论

3.4MFC-MBR耦合系统以纯苯酚为单一基质的产电可行性分析

3.4.1组件Ⅱ添加苯酚时的周期

3.4.2组件Ⅱ不添加苯酚时的周期

3.4.3两周期产电性的对比及分析

3.5本章小结

第四章 MFC-MBR耦合系统最佳的最佳运行条件及MFC提供的微电场对MBR膜污染的影响

4.1MFC-MBR耦合系统运行条件的影响因素

4.2MFC-MBR耦合系统最佳运行条件的探究

4.2.1MFC-MBR耦合系统的运行

4.2.2HRT对耦合系统的影响

4.2.3外接电阻对耦合系统的影响

4.2.4进水浓度对耦合系统的影响

4.3MFC提供的微电场对MBR膜污染的影响

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢