微生物燃料电池去除多孔介质中硝酸盐的实验研究

摘要

地下水硝酸盐污染日益严重，在很大程度上影响人类的健康。本文介绍了微生物燃料电池的工作原理以及优点，分析了地下水硝酸盐的迁移转化规律以及讨论了影响硝酸盐迁移转化的因素。并在此基础之上，将微生物燃料电池与地下硝酸盐废水结合起来，探索微生物燃料电池在多孔介质中去除硝酸盐的效果，考察开路和闭路、静态和动态、不同硝酸盐起始浓度等因素对MFC的性能以及硝酸盐降解效果的影响。本课题研究为MFC应用于原位去除硝酸盐奠定理论基础。
　　地下水硝酸盐的迁移转化不是一个简单的独立过程，硝酸盐进入地下环境后主要会有以下四种变化：异化还原为铵、同化为微生物质、土壤吸附和反硝化。影响地下水硝酸盐迁移转化的主要因素有：地区性、pH值、污染源种类、溶解氧、含水层厚度、岩性、孔隙度、水力梯度等。综合所有的影响因素进行分析研究，才能准确的了解地下水硝酸盐的迁移转化规律。
　　MFC在多孔介质中可以去除硝酸盐且有一定量的电压输出。在闭路条件下，MFC对硝酸盐的降解有促进的作用。随着阴极硝酸盐进水浓度的增大，硝酸盐的降解效率有所降低，输出电压有所增大，COD的降解效率没有明显的差异。

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第一章 绪论

1.1 概论

1.2 微生物燃料电池简介

1.3 微生物燃料电池的影响因素

1.4 国内外研究进展

1.4.1 微生物燃料电池的研究发展

1.4.2 微生物燃料电池底物的研究进展

1.4.3 MFC阴阳极材料

1.4.4 微生物

1.4.5 微生物燃料电池发展的种类

1.4.6 MFC的构造

1.4.7 微生物燃料电池去除硝酸盐的现状

1.6 本课题的研究目的

1.6 本文的研究内容以及技术路线

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

第二章 实验材料与方法

2.1 实验装置

2.2 实验器材

2.2.1 生化反应及水样处理仪器

2.2.2 实验过程中所需的检测仪器

2.2.3 药品和试剂的配制

2.2.4 质子交换介质

2.2.5 接种污泥

2.2.6 电极材料

2.2.7 多孔介质

2.3 各参数检测方法

2.4 电池性能评价指标

2.4.1 电压

2.4.2 MFC内阻

2.4.3 极化曲线

2.4.4 电池的电流密度和功率密度

第三章 地下水硝酸盐迁移转化规律分析

3.1 地下水硝酸盐迁移转化过程

3.2 硝酸盐迁移转化过程机理研究

3.3 硝酸盐迁移转化过程的影响因素

3.3.1 地下水硝酸盐随时间的变化

3.3.2 地下水硝酸盐随空间的变化

3.4 本章小结

第四章 MFC在多孔介质中去除硝酸盐的研究

4.1 MFC系统的启动

4.2 MFC在多孔介质中去除硝酸盐的探索

4.2.1 三氮变化情况

4.2.2 COD变化情况

4.2.3 MFC电压的输出

4.3 MFC在多孔介质中去除硝酸盐的进一步研究

4.3.1 三氮随时间的变化情况

4.3.2 COD降解情况

4.3.3 MFC性能

4.4 MFC在多孔介质中的动态研究

4.4.1 开路与闭路状态下三氮变化情况

4.4.2 COD的变化

4.4.3 MFC性能

4.5 不同硝酸盐起始浓度下的研究

4.5.1 不同硝酸盐起始浓度下硝酸盐随时间的变化

4.5.2 亚硝酸随时间的变化

4.5.3 氨氮随时间的变化

4.5.4 COD的变化情况

4.5.5 硝酸盐起始浓度为50mg/L时电压的输出情况

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文