超声―微生物燃料电池处理污泥性能与有机物组分变化

《超声―微生物燃料电池处理污泥性能与有机物组分变化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ClassifiedIndex:X703.1U.D.C.:628.16DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPERFORMANCEANDORGANICMATTERCHANGESDURINGSLUDGETREATMENTBYMICROBIALFUELCELLASSOCIATEDWITHULTRASONICPRETREATMENTCandidate：JiangJunqiuSupervisor：Prof.ZhaoQingliangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeci

2、ality：EnvironmentalSci.&Eng.Affiliation：SchoolofMunici.&Envir.Eng.DateofDefence：June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要针对全球能源短缺和传统污泥处理处置过程中能耗高、污泥停留时间长等问题，本文引入微生物燃料电池（Microbialfuelcell,MFC）技术，在处理剩余污泥的同时将污泥中的化学能以电能的形式回收，实现污泥的资源化利用。采用经典双室微生物燃料电池，对以剩余污泥为底物的微生物燃料

3、电池的产电性能及污泥降解效果进行研究。考察阳极底物及阴极溶液性质、污泥预处理方式对MFC性能的影响。研究污泥有机物组分经超声预处理和MFC处理后的特征变化，揭示贡献于超声–微生物燃料电池产电的污泥有机组分特征。对以污泥为底物的微生物燃料电池的启动运行及影响因素研究表明，以铁氰化钾为电子受体的双室微生物燃料电池可以直接利用剩余污泥为底物实现电能输出。MFC运行250h，电压稳定输出为0.69V，污泥TCOD（Totalchemicaloxygendemand,TCOD）去除率为46.4%。阳极区搅拌、缓冲溶液投加、阴极曝气对以污泥为底物的MFC性能影响不显著。阴极电解液浓度

4、增加和阳极底物中性条件可提高MFC电能输出和污泥降解效果。污泥预处理对微生物燃料电池性能影响的研究表明，污泥有机质溶出率随超声声能密度的增加和作用时间的延长而增加。投碱量的增加和碱处理时间的延长会促进污泥有机质溶出，超声加碱组合工艺对污泥预处理效果最好。超声、碱和超声加碱预处理均可有效地提高以污泥为底物的MFC系统对污泥的降解效果，预处理后污泥TCOD去除率均超过50%（5-d），挥发性固体去除率均超过53%（5-d）。由于预处理后污泥溶解性物质含量高，对以污泥为底物3的MFC系统电能输出影响达到饱和，功率密度仅从10.3W/m升高到11.93W/m。对污泥有机组分经超声

5、处理后的特征变化研究表明，超声处理可增加污泥上清液DOM（Dissolvedorganicmatter）和EBOM（Extracellularbiologicalorganicmatter）中DOC的含量，提高污泥可生物降解性。污泥EBOM中HPO-A组分是污泥中芳香性物质的主要贡献者。高声能密度超声处理更利于污泥EBOM中芳香类化合物的水解。溶解性微生物产物和芳香性蛋白质是污泥荧光性物质的主要组成部分。低声能密度超声处理优先促进芳香性蛋白质类物质溶出，高声能密度超声处理促进芳香性蛋白质和溶解性微生物产物大量溶出。污泥有机物组分中可见腐植酸类物质荧光团，该类物质的存在利于

6、MFC系统中由阳极底物降解产生的电子向阳极电极表面的转移。污泥中羧酸类化合-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文物，脂肪族化合物，蛋白质，烃类及糖类物质含量相对较高，蛋白质主要存在于污泥EBOM中，超声处理促进上述物质水解溶出。对超声–微生物燃料电池处理污泥性能及有机物组分特征变化研究表明，超声-MFC对污泥有机物去除显著，TCOD去除率大于50%，电能输出稳定。污泥DOM和EBOM中DOC含量经MFC处理后分别下降69.5%和56.4%。MFC中微生物优先水解超声预处理污泥EBOM中亲水性组分和酸性组分中的芳香性物质，产电微生物优先利用污泥溶解性有机物中的亲水性和酸性物质

7、产电。高声能密度超声预处理污泥EBOM中非芳香性物质在MFC中的水解较快。MFC优先利用污泥DOM中HPO-A组分中的非芳香性物质，并对超声处理污泥中芳香性蛋白质和溶解性微生物产物具有较好的水解及去除能力。羟基化合物在低声能密度超声作用下绝大多数溶出，并且在MFC系统中易于被去除。低声能密度超声作用促进酰胺II类蛋白质在MFC系统中的水解与降解，高声能密度促进MFC对酰胺I类蛋白质的去除。产电微生物发酵代谢底物中复杂有机物为简单的副产物，导致污泥溶解性有机物中碳水化合物和糖类物质相对含量增加。关键词：微生物燃料电池（MFC）；