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技术:生活污水处理工艺

来源:未知作者:admin时间:2019-02-23 09:39

1、引言
微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)是在微生物的作用下,将污水中有机物蕴含的化学能转化为电能的新兴污水处理技术,是近年来环境和新能源领域的研究热点(Lietal,2014)。研究认为,微生物也可以充当催化剂,在代谢活动时利用阴极电极作为有机电子供体产电(Liuetal,2014)。因为减少了化学催化剂的使用,生物阴极更符合MFC可持续发展的理念。
当前以氧气为电子受体的生物阴极MFC理论与技术已有较好的发展(Zhangetal,2011;Zhangetal,2012)。在研究生物阴极的同时,发现很多种物质可以作为阴极的电子受体,阴极电子受体的不同使MFC除产电外还可以另有不同的功能,如在阴极可以去除硝酸盐(Xieetal,2011)、高氯酸盐(Heetal,2015)和重金属(Chenetal,2015)。当阴极以硝酸盐作为阴极电子受体时,MFC可以具有同步脱氮除碳的功能。A2/O工艺在厌氧段去除有机物,缺氧段发生反硝化反应脱氮,正好与MFC阳极和阴极的反应条件相同。在阴极由硝酸根或亚硝酸根替代氧气作为电子受体,理论上可以增强A2/O工艺的反硝化效果。
2、材料与方法

2.1实验装置

实验装置的主体A2/O反应器由有机玻璃制成,尺寸为45cm×20cm×12cm(长×宽×高),总有效容积为10L。其中,厌氧段和缺氧段的有效容积均为2L,好氧段的有效容积为6L。在厌氧段和缺氧段顶部加一密封盖保证低溶解氧(DO)状态,使厌氧段的DO保持小于0。2mg·L-1,缺氧段DO保持小于0。5mg·L-1,在好氧段进行充分曝气使DO保持大于2mg·L-1。为了减少缺氧段的回流液回灌到厌氧段,增加厌氧段的溶解氧浓度,影响产电效果,使用塑料材质的多孔板隔离缺氧段和厌氧段;同样使用多孔板隔离好氧段和缺氧段。实验使用碳刷作为阴阳极电极,并在阴极添加活性炭颗粒增强导电性和扩大电极表面积。电极构型为两段直径5cm、长12cm的碳纤维刷平行放置,阳极置于厌氧段,阴极置于缺氧段,并连接100Ω外电阻与数据采集卡。

2.2运行方式

实验所用的接种污泥取自北京市清河污水处理厂的混合污泥,加碳源闷曝培养15d。实验用水为北京化工大学学生宿舍六号楼的生活污水,污水经沉淀调节后水质为:pH=7~8、COD450~650mg·L-1、氨氮100~130mg·L-1、硝氮8~15mg·L-1、亚硝氮0~0。02mg·L-1。实验启动阶段采用循环进水方式,二沉池出水进入进水桶循环使用,当MFC输出电流显著下降时重新更换进水,当连续3个周期的最高输出电流不再升高并保持稳定,证明启动成功,开始采用连续进水方式。反应器启动期的初始运行参数为:HRT=24h,内回流比100%。

为了对比MFC-A2/O耦合系统的污水处理效果,设置了一个平行运行的对照A2/O反应器,在下文中分别简称为MFC和对照。对照反应器的基本结构、进水水质和运行参数与MFC完全相同,但没有安装碳刷电极,而是在厌氧段和缺氧段分别增加磁力搅拌器提供充分的搅拌,使污泥始终保持悬浮的状态。MFC和对照工艺流程见图1。

图1工艺流程示意图(a。MFC-A2/O耦合系统,b。对照A2/O)

在MFC启动后进行HRT的优化。通过调节进水泵的转速控制进水流量,进而改变HRT分别为24、20、16、12、8h。每个HRT下运行15d,测定出水水质,并与对照作比较,同时测定MFC的输出电流。

2。3数据采集与分析

MFC的输出电压使用数据采集卡采集,每1min记录1次电压值,并将每小时的数据取平均值存档备用。单个电池的表观内阻采用稳态放电法测量(Liangetal,2007):由大到小改变电路的外电阻值,记录相应的电压值,根据公式I=U/R计算相应的电流值,将电压与电流作图得到极化曲线,极化曲线的欧姆极化区经过拟合后通常呈线性关系,其斜率即为电池的表观内阻。电池的输出功率由公式P=U2/R计算,将输出功率除以阳极室的体积(2L)得到电池的体积功率密度。功率密度对电流作图得出功率密度曲线,一般认为曲线的最高点即为电池的最大功率密度。水质指标的测定采用常规方法(魏复盛等,2002)。
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