实现海水脱盐与重金属废水处理的MDC技术研究
微生物脱盐燃料电池（MDC）是一项利用微生物将废水中的生物质能转化成电能从而实现海水脱盐的新工艺。近年来，该工艺凭借其能耗低、实现废物资源化等优势受到了国内外研究学者的广泛关注。重金属废水具有高毒性、持久性和累积性等特点，排放到环境中不易被代谢，却易被生物富集，不仅污染水环境、威胁水体安全，也严重威胁着人类和水生生物的生存。 本课题对微生物脱盐燃料电池的研究主要包括反应器的启动、脱盐室数目对反应器性能影响分析以及外电阻对反应器性能影响分析，并在此基础上确定了微生物脱盐燃料电池的最佳构型；构建了串联微生物脱盐燃料电池体系，在连续流条件下对串联体系的单体反应器数目、阳极室和阴极室的溶液流速以及中间隔室运行方式进行了研究；分析了串联体系各级反应器的产电能力、COD去除效果、能量转化效率、脱盐性能和产碱能力，并对该工艺的同步废水净化、海水淡化、重金属废水沉淀处理效果进行了综合评价。 首先对比了1SMDC、3SMDC、5SMDC三种构型微生物脱盐燃料电池的性能，在间歇流运行方式下，通过增加脱盐室数目并降低外电阻可以有效地提高SMDC的输出电流以及脱盐性能，并获得了较好的COD去除效果和能量转化效率。当外电阻R=10Ω时，5SMDC的最大输出电流为4.5 mA、最大输出功率为670 mW·m-2、内阻为267Ω；电子转移效率为318％、脱盐效率为84%、总脱盐速率为0.0206 g·h-1；库伦效率为29%，COD去除率为84%。 其次构建了串联5SMDC反应体系，在连续流运行方式下，增加体系中串联反应器数目可以有效地提高反应体系的处理效果，通过优化阳极室和阴极室的溶液流速，对比三阶段脱盐和连续流脱盐两种中间隔室运行方式，确定了串联体系的最优运行方式：阳极室底物流速为0.2 mL·min-1、三阶段脱盐中间隔室模拟海水流速为0.14 mL·min-1、阴极液流速为0.8 mL·min-1。该条件下串联体系的最大输出电流为6.5 mA、最大输出功率为745 mW·m-2、内阻为178Ω；电子转移效率为266%、脱盐效率为95%、NaCl去除速率为5.7 mg·L-1·day-1；库伦效率为46%，COD去除率为94%；阴极产碱量为360 mL·day-1，pH为11.9，模拟重金属废水中各种金属离子沉淀去除率最高可达99%，出水满足污水综合排放标准（GB8978—1996）一级标准。 再次，分析了串联体系各级反应器的处理效果，沿着溶液流动方向各级反应器内的阳极底物浓度和中间隔室盐离子浓度逐渐降低，阴极液pH逐渐升高，导致反应器内阻不断增大，因此处理效果依次降低。 最后对串联体系的处理效果和应用前景进行了分析与展望。
重金属废水;沉淀处理;海水脱盐;微生物脱盐燃料电池
哈尔滨工业大学
硕士
环境科学与工程
冯玉杰
2014
中文
X703.1;P747
74
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）