微生物电化学耦合系统强化处理偶氮染料废水的研究

摘要

偶氮染料废水难以生化降解，对环境造成很大威胁。虽然微生物电化学系统(Microbialelectrochemicalsystem，MES)已经在偶氮染料废水处理方面显示出一定的潜力，但仍然存在一些问题需要解决，如偶氮染料降解效率低、能耗较高、矿化率低等。本文以偶氮染料作为处理对象，分别构建了微生物燃料电池(MFC)—微生物电解池(MEC)耦合系统以及MES耦合碱性类芬顿系统强化偶氮染料的降解，研究结果将进一步推动MES技术在偶氮染料废水处理方面的应用。本文的研究内容和主要结论如下:
　　1、构建了MFC-MEC耦合系统强化偶氮染料的去除，系统考察了不同影响因素对耦合系统去除偶氮染料的影响，同时建立了耦合体系的理论模型。相比于单个MFC，MFC-MEC耦合系统偶氮染料脱色率提高了36.52-75.28％。生物阳极的基质浓度对MFC-MEC耦合系统去除偶氮染料的影响显著，而阴极pH的影响则较小。通过理论分析建立了MFC-MEC耦合系统电流输出与单独MFC/MEC短路电流之间的关系式，揭示了MFC-MEC耦合系统强化偶氮染料去除的先决条件是MFC单独运行时的短路电流要大于MEC的短路电流。
　　2、将碳酸氢根激活过氧化氢体系(BAP)耦合于MES中用于强化废水中偶氮染料的去除，克服了电芬顿局限于酸性条件的限制，将其应用拓展到碱性范围。首先考察了不同因素对BAP体系降解偶氮染料的影响，研究发现，在pH13提高H2O2和CO32-浓度可以提高BAP对偶氮染料的脱色能力，但是pH8.6时H2O2和HCO3-浓度对BAP影响并不明显。然后探索了MES耦合BAP体系碱性条件下去除偶氮染料的可行性，结果表明耦合系统比单独电化学还原条件的脱色率提高了21.13％，最后通过自由基猝灭实验和电子自旋共振谱手段研究了碱性条件下BAP的降解机理，并通过高分辨质谱解析了偶氮染料的降解产物以及可能的降解路径。

目录

未标题

摘要

第1章 文献综述

1．1 偶氮染料废水

1．1．1 偶氮染料废水的来源、性质与危害

1．1．2 偶氮染料废水的处理方法

1．1．3 偶氮染料废水处理中存在的问题以及展望

1．2 微生物电化学系统

1．2．1 微生物燃料电池的研究进展

1．2．2 微生物电解池的研究进展

1．2．3 微生物脱盐池的研究进展

1．2．4 微生物电化学系统用于电合成和资源回收的研究进展

1．2．5 微生物电化学技术用于难降解污染物去除的研究进展

1．3 微生物电化学系统处理偶氮染料废水

1．3．1 偶氮染料在MES阳极共代谢降解

1．3．2 偶氮染料在MES阴极还原脱色

1．3．3 MES耦合技术降解偶氮染料

1．4 本文的研究内容、目的和意义

第2章 MFC-MEC耦合系统强化偶氮染料的去除

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 MFC-MEC耦合系统的构建和启动

2．2．3 实验过程

2．2．4 分析和计算

2．3 结果与讨论

2．3．1 MFC-MEC耦合系统去除偶氮染料的能力

2．3．2 阳极基质浓度对耦合系统去除偶氮染料的影响

2．3．3 阴极pH值对耦合系统去除偶氮染料的影响

2．3．4 耦合系统的基质消耗、库伦效率与电流密度

2．3．5 耦合系统强化偶氮染料去除的理论分析

2．4 小结

第3章 MES耦合碱性类芬顿强化处理偶氮染料废水

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 实验试剂和仪器

3．2．2 实验方法

3．2．3 分析方法

3．3 结果和讨论

3．3．1 不同条件对Co(Ⅱ)-BAP和BAP降解偶氮染料的影响

3．3．2 MES耦合Co(Ⅱ)-BAP碱性条件下强化偶氮染料的去除

3．3．3 偶氮染料的降解机理

3．4 小结

第四章 总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术成果