微生物燃料电池处理抗生素模拟废水实验研究
近年来全球水体污染日趋严重，逐渐成为制约经济持续发展的一个大问题。因此亟需寻求一种成本低、能耗少、经济效益明显的废水处理技术。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)作为一种新型的废水处理技术和能源开发工艺，被国内外研究学者广泛地研究。 抗生素类药物是人类和牲畜的一种常用药，大量的抗生素被生产用于预防、治疗疾病。由于抗生素的广泛使用，大量未被充分吸收利用的抗生素通过各种途径进入到环境中，进而会对不同的生物体产生不同的毒性效应。因此，探究抗生素的有效去除方法是十分必要的。本文采用双室MFC分别处理甲硝唑、氯霉素、磺胺抗生素模拟废水，研究了抗生素作为阳极底物、葡萄糖作为共基质，铁氰化钾为电子受体的条件下，MFC对目标污染物的降解效果，同时考察了抗生素的种类和浓度对MFC的输出电压、输出功率、电极极化性能等方面的影响。主要研究内容和结论如下: 1、采用MFC处理甲硝唑模拟废水，将处理相同初始浓度甲硝唑的MFC和传统厌氧反应器进行了比较，发现MFC处理效果明显优越于传统厌氧反应器;考察了MFC处理甲硝唑废水的效果及产电性能，结果表明:随着甲硝唑初始浓度增加，MFC对甲硝唑的处理效率显著下降。同时考察了甲硝唑初始浓度对MFC产电方面的影响，发现随着甲硝唑浓度的增加，MFC的最大输出电压、输出功率随之减小;值得注意的是，以1g/L葡萄糖-10mg/L甲硝唑混合液为MFC阳极底物时，甲硝唑降解效率可以达到85％，产电功率密度可以达到99.23mW/m2，电流密度达到787.5mA/m2，所以利用MFC处理低浓度甲硝唑废水同步产电具有一定可行性。通过扫描电镜对MFC阳极表面产电微生物形态进行分析，发现其主要是由链状菌和球状菌组成的; 2、采用MFC处理氯霉素模拟废水:首先对处理30mg/L氯霉素的MFC、厌氧处理、无菌接种三种反应器进行了比较，发现MFC处理效果明显优越于其他两种情况，证明了氯霉素的降解主要源于微生物的新陈代谢作用而非细胞的吸附作用;其次考察了氯霉素初始浓度对MFC处理效果的影响，发现目标污染物的降解效率随着初始浓度的增大而减小;最后我们研究了共基质初始浓度对MFC处理效果的影响，得到氯霉素的降解效率随着共基质初始浓度的增加而增大，在没有共基质的条件下氯霉素的降解效率仅有17％，而共基质浓度在0.5-1.5g/L范围内时，MFC对氯霉素降解效率48h内维持在78％-86％，证明了MFC对氯霉素的降解需要葡萄糖共基质提供电子; 3、采用MFC处理磺胺模拟废水:研究了以葡萄糖和磺胺混合溶液作为阳极底物条件下，MFC处理磺胺废水的效果及产电性能，结果表明:在进水浓度为1g/L葡萄糖-30mg/L磺胺时，磺胺的去除率达90％，葡萄糖去除率大于98％;磺胺的加入明显改善了阳极极化情况，使得MFC的产电性能功率密度、最大输出电压值及稳定时间，均得到较大提升。
废水处理;抗生素;微生物燃料电池;降解效果;输出功率;电极极化性能
河南师范大学
硕士
环境科学
孙剑辉
2014
中文
X703.1;TM911.45
73
2014-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）