smfc-smec耦合系统去除废水中铜与镍离子的研究

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1、工程硕士学位论文SMFC-SMEC耦合系统去除废水中铜与镍离子的研究REMOVALOFCU(II)ANDNI(II)FROMWASTEWATERBYSMFC-SMECCOUPLEDSYSTEM赵欣哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：X705学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工程硕士学位论文SMFC-SMEC耦合系统去除废水中铜与镍离子的研究硕士研究生：赵欣导师：吴忆宁副教授申请学位：工程硕士学科：环境工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X705U.D.C:

2、628.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringREMOVALOFCU(II)ANDNI(II)FROMWASTEWATERBYSMFC-SMECCOUPLEDSYSTEMCandidate：ZhaoXinSupervisor：ViceProf.WuYiningAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EnvironmentalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentEnginee

3、ringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前重金属污染已然成为当前环境污染的重要问题之一，在废水中存在着多种多样的重金属离子及有机物质，微生物电化学系统（BES）结合了微生物和电化学反应的优点可以高效地降解有机物及还原去除重金属，可以更好地实现了能源的有效利用及污染物的去除，较其他重金属处理处置技术具有许多优势。对于重金属的还原去除，诸多的研究集中于双室BES处理重金属废水。因此本文主要研究了单室微生物

4、燃料电池（SMFC）和单室微生物电解池（SMEC）及二者耦合系统对重金属（Cu(II)和Ni(II)）的去除效果。本论文首先通过SMFC和SMEC处理单一重金属废水（Cu(II)和Ni(II)），优化了其环境条件（重金属浓度、初始pH、外加电阻、外加电压等）对重金属去除的影响。对于SMFC处理含铜模拟废水，对Cu(II)的最大耐受浓度为12.5mg/L，酸性（pH6.0）和高电流密度（500Ω）条件下利于Cu(II)的还原，形成单质沉积物。SMEC处理含镍废水具有相似规律，在最适外加电压0.7V下Ni(II)的最大耐受浓度为12.5mg/L，在中性环境（pH7.

5、0）条件和较高浓度PBS（100mM）下更适合Ni(II)的去除。其次，采用并联模式进行SMFC与SMEC的耦合，电压能够稳定且可以实现对重金属（Cu(II)和Ni(II)）的有效去除。在并联连接方式下考察了SMFC数量和外电阻对输出电压和重金属去除率的影响，2个SMFCs并联耦合SMEC可2+以提高系统电能的输出及Ni(II的)去除率；Ni的去除率和输出电压较150Ω时分别提高了51.4%和58.6%，铜的去除率相略微增加。在高电阻下具有相似规律，输出电压从0.230V（150Ω）提高到0.300V（300Ω），Ni(II)和Cu(II)的去除率分别提高了48

6、.8%和7.3%。增加SMFC反应器数量和提高外电阻可以促进耦合系统的电压输出及重金属的去除。最后，采用平行因子法分析了BESs中Cu(II)和Ni(II)的去除途径，得出重金属的去除主要通过通过材料吸附，微生物作用。通过SEM-EDS和XPS分析，Cu(II)和Ni(II)还原为单质或低价物质，其还原物主要形成颗粒物沉积于阴极表面。Illumina高通量测序显示，SMFC和SMEC阳极功能微生物主要为Geobacter.sp，阴极微生物复杂多变。在SMFC中，阴极微生物优势菌门为Proteobacteria和Synergistetes，随着Cu(II)浓度的增

7、加，阴极微生物结构与数量变化明显，菌属Ochrobactrumsp.和Azospirillumsp.有利于产电及Cu(II)的去除。对于Ni(II)的去除，优势菌主要集中于菌门Proteobacteria和Bacteroidetes，-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文菌属Ochrobactrumsp.、Acetoanaerobiumsp.、Dokdonellasp.和Azospirillumsp.促进了Ni(II)的还原，综合分析了阳极与阴极微生物的互作关系。关键词：微生物燃料电池；微生物电解池；Cu(II)；Ni(II)；阳极微生物群落；阴极微生物群落-II

8、-哈尔滨工业大学工程硕士