微生物燃料电池在多孔介质中处理重金属铬废水的研究

摘要

本文介绍了微生物燃料电池(MFC)的基本原理和最新研究进展。构建了多孔介质阴极的双室微生物燃料电池来处理重金属铬废水,考察了开闭路体系、阳极基质COD浓度、阴极液Cr(VI)浓度和pH、负载电阻、环境温度对MFC降解Cr(VI)效果和产电性能的影响。并在此基础上探求多孔介质型微生物燃料电池同步处理重金属铬废水和苯酚废水的能力,考察了开闭路体系、阳极基质种类、阳极苯酚浓度对MFC降解Cr(VI)、苯酚效果和产电性能的影响。本文旨在探究多孔介质型MFC处理Cr(VI)废水的机理和最佳运行条件,并探求其应用于地下水环境中Cr(VI)废水原位生物修复的可行性。本文主要结论如下:
　　1.多孔介质型双室微生物燃料电池处理六价铬废水时,电池在闭路情况下,Cr(VI)的降解率较开路情况下提升了20.7％,Cr(VI)的平均还原速率较开路情况下提升了0.12mg·L-1·h-1,COD去除率略高于开路双室MFC体系。说明电化学体系对Cr(VI)和COD的降解有促进作用,证明本实验利用多孔介质型MFC来处理六价铬废水是可行的。
　　2.本实验构建的多孔介质型双室MFC能在阴极处理Cr(VI)废水,并同步获得输出电压。通过一系列实验,得到本实验构建的双室MFC的最佳运行条件为:阳极初始COD浓度为1000mg/L,阴极进水pH=2,负载外电阻为1000Ω,环境温度为25℃。
　　3.通过处理模拟Cr(VI)地下废水,得出本实验构建的双室MFC能在地下水环境温度下稳定运行,对较高浓度的酸性Cr(VI)废水的处理效果和产电性能均高于同等条件下的碱性Cr(VI)废水。所以在实际应用中,本实验构建的双室MFC更适合处理较高浓度的酸性Cr(VI)地下废水。
　　4.多孔介质型双室微生物燃料电池同步处理六价铬和苯酚废水时,电池在闭路情况下,Cr(VI)的降解率和苯酚的去除率较开路情况下均有大幅提升,分别增加了20.3%和29.4%。说明电化学体系对六价铬和苯酚的降解有促进作用,证明本实验利用MFC来同步处理Cr(VI)和苯酚废水是可行的。
　　5.以419mg/L苯酚作为碳源的双室MFC能获得连续输出电压,在168h内获得的最大电压为205mV,证明以苯酚为碳源的双室MFC在处理废水的同时能获得输出电压,但获得的输出电压大大低于同等条件下以乙酸钠为碳源的MFC,说明以单一易降解的物质为碳源时MFC的产电性能更为优越,所以在提升以苯酚为碳源的双室MFC的产电性能方面需要进一步的研究。
　　本文研究结果表明:利用多孔介质型微生物燃料电池来处理含铬废水和苯酚废水是可行的。微生物燃料电池在降解Cr(VI)的同时能去除苯酚,并同步产电。多孔介质型MFC作为新型的微生物燃料电池,在地下水污染原位修复方面具有良好的前景和发展潜力。

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第一章 绪 论

1.1 问题概述

1.2 微生物燃料电池简介

1.3 MFC国内外研究进展

1.4 MFC处理含 Cr(VI)废水研究进展

1.6 本课题的研究内容及技术路线

第二章 实验材料与分析方法

2.1 实验装置

2.2 实验材料

2.3 分析方法

2.4 电池性能评价指标

第三章 双室微生物燃料电池处理六价铬废水研究

3.1 引言

3.2 结果与讨论

第四章 双室微生物燃料电池同步处理六价铬和苯酚废水研究

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文