MFC强化同步短程硝化反硝化工艺的启动

微生物燃料电池(MFC)可在阴极实现反硝化、短程反硝化和同步硝化反硝化并产生电能,但在MFC阴极实现同步短程硝化反硝化的研究尚未见到报道。为了探讨MFC阴极同步短程硝化反硝化工艺的性能,将双室曝气阴极MFC与A/O脱氮工艺结合处理人工模拟低碳氮比废水。通过静置运行15 d使得MFC阴极室亚硝态氮得以积累,氨氧化菌得以富集。随即改为连续运行后第21天成功启动同步短程硝化反硝化MFC;阴极出水氨氮浓度为0.3 mg/L,亚硝态氮浓度为15.9 mg/L,硝态氮浓度为0.6 mg/L,亚硝化率达到95%以上,阴极电极自养反硝化去除率达到50%以上,COD去除率达到85%以上。结果表明,将MFC与同步短程硝化反硝化工艺结合,通过阴极室中氧气得电子获得高p H,可以强化同步短程硝化反硝化工艺,完成生物脱氮的同时回收电能,并具有减少外加碱度的优势。     

外电阻对双阴极微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

为提高双阴极MFC的脱氮产电性能,构建了双阴极微生物燃料电池系统,考察了连续进水状态下阳极与缺氧阴极间外阻(R_(A-A))以及阳极与好氧阴极间外阻(R_(A-O))的变化对系统脱氮产电性能的影响。结果表明:只增大一侧电阻会降低厌氧阳极的库仑效率和功率密度,但能提高系统的脱氮效果;当R_(A-O)由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由43.81%提高到60.71%,当R_(A-A)由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由38.88%提高到61.52%;当总外阻固定在1 000Ω时,两侧电阻变化不影响阳极的功率密度和库仑效率,其分别保持在305.53 mW·m~(-3)和0.35%左右;电阻组合(R_(A-A)/R_(A-O))由500Ω/500Ω变化为100Ω/900Ω,TN去除率由62.32%提高到64.41%;系统的硝化效果随R_(A-O)的增大而增强,反硝化效果随R_(A-A)的减小而增强,总氮去除效果随总外阻的增大而提升。低R_(A-A)与高R_(A-O)的外阻组合能有效提高双阴极三室MFC的脱氮能力。增大总外阻,系统产电性能降低,阳极表面微生物膜氧化性不断减弱,总外阻不变,阳极表面氧化性变化不大。研究探明了外电阻变化对三室双阴极MFC脱氮产电性能的影响,为进一步提高MFC脱氮产电性能提供参考。     

生物阴极式碳纸隔膜微生物燃料电池的反硝化和产电性能

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究结果显示,对于生物阴极式MFC,阴极室中最适宜反硝化细菌生长的NO-3-N浓度为99.2 mg/L,此时输出电压最高可达0.11 V,1 h内NO-3-N的去除率达到80.0%,COD去除率为62.8%;以涂PTFE的碳纸代替PEM的生物阴极式MFC与有PEM的MFC最高输出电压基本一致(均达到0.22 V,外阻500Ω),但碳纸隔膜MFC的产电更稳定。结果验证了廉价隔膜生物阴极式MFC的可行性,并为其应用于污水脱氮奠定基础。     

溶解氧和有机碳源对同步硝化反硝化的影响

利用SBR反应器,探讨了溶解氧(DO)和有机碳源(COD)对同步硝化好氧反硝化的影响.结果表明,DO范围在0.5～0.6 mg/L时最适合于同步硝化好氧反硝化脱氮.在同步硝化反硝化过程中出现了亚硝酸盐氮的积累,推断经由短程硝化反硝化途径.总氮的去除率随着COD/N(碳氮比)的增加而增加,当COD/N为10.05时,总氮去除率最高可达70.39%.继续增加碳氮比时,总氮去除率增加不多,并且还会导致硝化作用不完全.当存在足够的易降解有机碳源时,能发生完全的好氧反硝化作用.     

玉米秸秆生物炭电极用于微生物燃料电池脱硫反硝化性能

研究了玉米秸秆生物炭作为微生物燃料电池电极的性能。阳极以S^2-为单一电子供体,阴极以NO3^-为电子受体,以碳毡为对照电极,考察玉米秸秆生物炭电极用于生物燃料电池同步脱硫反硝化的电化学性能、产电性能以及污染物去除能力,分析了不同硫氮质量浓度比对生物炭电极微生物燃料电池脱氮除硫效率以及输出电能的影响。结果表明,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池实现了更高的交换电流密度(22.42×10^-3 A·cm^-2)和更低的电荷转移电阻(4.24Ω)。与碳毡电极相比,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池最大输出电压和最大功率密度分别提升了18.91%和16.67%。当硫氮比为5:4时,反应器脱硫反硝化和产电能力最佳。阳极室S^2-出水质量浓度由120 mg·L^-1降至1.08 mg·L^-1,去除率为99.1%,其中76.52%转化为SO₄^2--S,阴极室NO₃^--N去除率...     

电极-生物复合反应器处理城市污水的初步研究

微生物固定在电极表面,电解水产氢与氧所营造的微环境在一定条件下对生物硝化/反硝化及吸/放磷产生了促进作用,使电极-生物复合反应器在脱除有机污染物的同时强化了生物的脱氮及除磷效果。本试验采用了2套结构与尺寸完全相同的单槽内循环反应器,1套通电,1套不通电,在不同电流强度下比较了2套反应器对污染物的去除效果。反应器中以石墨为阳极,活性炭纤维为阴极,电极-生物复合反应器的总氮去除率可比未通电流的反应器高出30%左右,总磷去除率增加11.5%,而氨氮、COD的去除率都维持在100%和95%左右。试验表明,电流的引入在一定条件下能明显强化生物反应器脱氮除磷效果。     

四室微生物燃料电池同步脱氮除碳及产电性能

微生物燃料电池近年来被证实可以用来同步脱氮,然而微生物燃料电池中阴阳极室通常以不同成分的污水作为底物。为了实现废水脱氮,往往需要进行出水调配或停曝等复杂的操作。为解决上述问题,本研究构建了阴极硝化耦合阳极反硝化的四室微生物燃料电池(four chamber microbial fuel cell,FC-MFC),阳极室与阴极室之间用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM)与阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)进行交替分隔。在浓度差作用下离子进行定向迁移,最终实现阳极室有机物和氨氮的同步去除。探讨了阳极COD(即进水碳氮比)对FC-MFC产电及污染物去除效果的影响,并分析FC-MFC的氮去除途径。结果表明：随着阳极室COD的增加,各MFC模块的产电周期、峰值输出电压和最大功率密度随之增加,同时阳极室COD和TN的去除率也呈上升趋势,该系统对高碳氮比污水具有良好的抵抗负荷。当进水COD和NH₄⁺-N质量浓度分别为1 100 mg·L^-1和100 mg·L     

电极面积对无质子交换膜微生物燃料电池协同去污能力的影响

以间距是180μm的不锈钢网为电极,构建了单室型无质子交换膜微生物燃料电池(MFC)污水处理系统。分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,厌氧消化菌在阳极附着成膜组成生物阳极氧化去除有机污染物,反硝化菌在阴极附着成膜组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,研究了电极面积对污染物协同去除能力的影响。当电极面积为45 mm×100mm和45 mm×50 mm时,两系统的开路电压最大值分别为(182.8±6.2)mV和(161.8±5.4)mV,COD、NH4+-N和NO3--N最大去除率分别为96.5%、99.7%、99.7%和85.4%、92.2%、97.9%;出水中NO2--N的含量分别低于(0.072±0.006)mg/L和(0.084±0.008)mg/L。这表明电极面积大的系统具有较好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

铁氰化钾对双室微生物燃料电池曝气阴极性能的改善

为研究铁氰化钾对双室微生物燃料电池(MFC)阴极性能的改善效果,以碳毡和碳棒作为复合电极材料,乙酸钠为阳极电子供体,分别以氧气、铁氰化钾和氧气交替作为阴极电子受体.通过测定使用铁氰化钾作阴极电极液之前和之后的曝气阴极MFC的功率密度及极化曲线,比较曝气阴极MFC的内阻、开路电压(OCV)和最大输出功率的变化情况.实验结果表明,当以铁氰化钾作为MFC阴极电子受体时,MFC的内阻、开路电压和最大输出功率分别为24.2 Ω、744.2 mV和33.7 W/m3.曝气阴极MFC在采用铁氰化钾作电极液对阴极性能进行改善之前和改善之后的内阻由77.2 Ω降低到40.1Ω,OCV和最大输出功率分别由517.9 mV和2.1 W/m3提高到558.2 mV和4.4 W/m3.研究表明,铁氰化钾本身不仅具有优良的接受电子的能力,而且对电极材料(碳毡和碳棒)的电化学性能具有明显的改善作用,使得使用铁氰化钾之后的曝气阴极MFC的产电性能有了明显且持久性的提高.     

同步硝化反硝化生物脱氮技术研究

讨论了影响同步硝化反硝化反应的各参数,并进行了单因素实验与正交实验,获得了同步硝化反硝化生物脱氮工艺运行的最佳条件:DO浓度控制在0.5～2 mg/L,COD浓度为600～800mg/L,混合液悬浮固体(MLSS)为5000 mg/L,pH值在8.0左右,反应时间为6 h.在此条件下,氨氮及COD的去除率都较高,分别达85%和95%,总氮去除率为68 5%.     

双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水

基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),针对阴极分别接种活性污泥(A-MFC)和反硝化细菌(D-MFC),研究其产电情况和硝酸盐废水去除效果。结果表明,在产电的同时都可有效去除废水中的硝酸盐污染物。在外接电阻100Ω的情况下,2种MFC均具有良好的产电性能,A-MFC和D-MFC达到的最大输出电压分别为119.6 mV和117.2mV,最大功率密度分别为23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同时两者在阴极室的平均反硝化速率分别为1.86 mg/(L.d)和2.19 mg/(L.d),阳极室的平均COD去除率分别为81.9%和82.4%。另外,通过扫描电镜观察可知,A-MFC和D-MFC阴极碳布表面形貌存在差异,并且阳极与阴极碳布表面形貌差异显著。     

生物阴极微生物燃料电池中同步产电反硝化菌的分离鉴定与性能

利用反硝化筛选培养基从稳定运行的MFC-AA/O反应器阴极板上分离纯化反硝化细菌,经16S rRNA鉴定后,接种于双室MFC的阴极,测试其产电能力以筛选同步产电反硝化细菌,之后对MFC的运行温度和pH进行优化,最后通过扫描循环伏安曲线分析其产电机理。结果表明:分离获得的一株反硝化菌经鉴定为铜绿假单胞杆菌(Pseudomonas aeruginosa),该菌可实现同步产电脱氮,最高输出电压可达168 mV左右,其脱氮反应的最优pH为7.5,最适温度为30℃;在生物阴极起催化产电反硝化作用的可能是Pseudomonas aeruginosa的分泌物,其作为中介体,可从电极获得电子,完成硝酸盐的还原。上述结果说明,Pseudomonas aeruginosa作为接种MFC生物阴极的纯菌,可以实现同步产电反硝化,为反硝化生物阴极MFC的实际应用奠定基础。     

电极-生物复合反应器处理城市污水的初步研究

微生物固定在电极表面，电解水产氢与氧所营造的微环境在一定条件下对生物硝化／反硝化及吸／放磷产生了促进作用，使电极-生物复合反应器在脱除有机污染物的同时强化了生物的脱氮及除磷效果。本试验采用了2套结构与尺寸完全相同的单槽内循环反应器，1套通电，1套不通电，在不同电流强度下比较了2套反应器对污染物的去除效果。反应器中以石墨为阳极，活性炭纤维为阴极，电极-生物复合反应器的总氮去除率可比未通电流的反应器高出30％左右，总磷去除率增加11．5％，而氨氮、COD的去除率都维持在100％和95％左右。试验表明，电流的引入在一定条件下能明显强化生物反应器脱氮除磷效果。     

压力式接触氧化法同步硝化反硝化脱氮性能研究

研究了压力式接触氧化法的脱氮性能,分析了容积负荷、溶解氧和停留时间等因素对反应器脱氮效果的影响.研究表明,压力式接触氧化法具有明显的同步硝化反硝化现象,当HRT=1.8 h时,DO高达5.4 mg/L,可获得90%以上的反硝化率.当HRT=1.8 h,溶解氧4～5 mg/L,容积负荷为10～12 kg COD/(m3·d)时,氨氮去除率80%左右,总氮去除率达70%～80%.     

回流式无膜生物阴极微生物燃料电池脱氮

为有效提高脱氮效率、降低MFC运行成本,设计了一种新构型回流式无PEM膜的生物阴极微生物燃料电池,处理生活污水,回收电能。研究了该系统的启动情况及稳定运行时的污水脱氮效果和产电性能。结果表明,系统稳定运行后,输出电压0.53 V,反应器内阻406.8Ω,最大功率密度201.9 mW/m3。连续进水、停留时间12 h、回流比为1及阴极连续曝气条件下,COD去除率85%以上,氨氮去除率93.94%,总氮去除率44.96%,总氮去除较作参比的A2/O系统提高8.17%。     

垃圾渗滤液同时硝化反硝化处理中有机污染物去除效果

采用同时硝化反硝化对某垃圾填埋场渗滤液进行处理，并对有机物去除效果进行分析。实验结果表明，反应器对渗滤液中COD、氨氮、总氮和部分有机物具有较好的处理效果，COD、氨氮和总氮的平均去除率为82.34%、99.82%和65.31%。GC-MS分析总共检测出53种主要有机污染物，其中邻苯二甲酸二丁酯等29种有机物的去除率达100%，乙基苯等5种有机物的去除率高于90%，邻苯二甲酸二异辛酯等8种有机物的去除率介于60%和90%之间，此外还有4-苯基戊醇等5种有机物去除率低于60%。反应器内存在亚硝氮途径的脱氮反应形式。     

湿地植物作为低C?N比生活污水反硝化碳源的研究

以风车草、香根草、再力花、芦荻、美人蕉5种湿地植物作为低C/N比生活污水的反硝化碳源材料。静态碳源释放实验中,5种湿地植物释碳能力为风车草再力花芦荻香根草美人蕉,风车草COD释放量最高,可达(129.2±6.2)mg/(g·L),其TN、TP的释放量相对较低。静态反硝化脱氮实验中,风车草和再力花脱氮效果最好,反硝化出水中硝态氮质量浓度均降低至3mg/L左右,硝态氮去除率均达88%左右,出水COD均在100mg/L左右,COD去除率均达到84%左右。在低C/N比生活污水反硝化脱氮中试实验中,以风车草为反硝化碳源,出水中TN、COD去除率可分别达到73%、75%左右,说明风车草是一种良好的低C/N比生活污水深度处理的反硝化碳源材料。     

高氨氮污泥脱水液短程硝化反硝化的启动及稳定

采用A/O-CSTR工艺处理高氨氮污泥脱水液。进水氨氮浓度浓度约为375 mg/L，C/N比小于1.0，反硝化碳源明显不足。A/O反应器完成短程硝化反应，CSTR定期投加初沉污泥作为碳源进行反硝化。两者联合达到总氮去除的目的。实验研究短程硝化反应的启动过程，以及CSTR出水回流对短程硝化和系统脱氮效果的影响。实验结果表明系统具有良好的硝化反硝化效果。A/O反应器亚硝酸盐积累率迅速提高并稳定在90%以上。CSTR有效利用初沉污泥实现了稳定的反硝化。出水回流有利于提高总氮去除率，在回流比为200%时，系统平均总氮去除率达到85%以上。