升流式微生物燃料电池-厌氧生物滤池耦合系统深度脱氮及运行工况研究

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1、硕士学位论文升流式微生物燃料电池-厌氧生物滤池耦合系统深度脱氮及运行工况研究RESEARCHONADVANCEDNITROGENREMOVALANDOPERATIONOFUPFLOWMICROBIALFUELCELL-ANAEROBICBIOFILTERCOUPLINGSYSTEM李旭哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X703.1学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开工程硕士学位论文升流式微生物燃料电池-厌氧生物滤池耦合系统深度脱氮及运行工况研究硕士研究生：李旭导师：李智灵副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：环境学院答辩日期：2018

2、年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703.1U.D.C:628.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONADVANCEDNITROGENREMOVALANDOPERATIONOFUPFLOWMICROBIALFUELCELL-ANAEROBICBIOFILTERCOUPLINGSYSTEMCandidate：LiXuSupervisor：A/Prof.LiZhilingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：A

3、rchitecture&CivilEngineeringAffiliation：SchooloftheEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着氮素的污染日益加剧和能源短缺问题的凸显，如何在进行废物资源回收的同时进行氮的去除是我们迫切需要解决的问题。本课题研究了反硝化过程的影响因素，并将微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）与厌氧生物滤池（AnaerobicBiofilter，AF）

4、脱氮工艺进行耦合，弥补了常规生物脱氮工艺对碳源利用不充分的问题，提高了碳源的有效利用率和脱氮效率，分析了其反应机制和微生物群落结构，探讨了微生物燃料电池-厌氧生物滤池（MicrobialFuelCell-AnaerobicBiofilter，MFC-AF）耦合系统实际应用的可能和经济效能，为MFC的实际应用提供理论基础和借鉴。通过分析反硝化过程中的碳源、pH、碳氮比三个影响反硝化的因素，得到了反硝化在利用乙酸钠为碳源时有着较高的硝态氮去除速率为va=10.1mg/(L•h)，乳酸钠的亚硝酸根富集最少仅为TN的5.6%。乙酸钠为碳源时，最适宜碳氮比为2:1，48h去除93.4%的T

5、N。最适合的反硝化pH范围在8左右，此时硝态氮去除速率可达30.08mg/(L•h)，TN去除率为97.36%，亚硝酸根只有少量累积且快速去除。利用构建的MFC-AF耦合反应器和单一AF反应器进行了反硝化和产电研究。在充足碳源的条件下，MFC-AF耦合反应器的最高输出电压为0.47V左右，并且在电流密度为1.35A/m3时，达到最大输出功率为0.38W/m3，反应器内阻为200Ω。在0.6/0.3/0.15g/L的乙酸钠碳源条件下，MFC-AF反应器的COD和TN的平均去除效果均优于单一AF反应器，尤其在低浓度碳源0.15g/L的条件下，MFC-AF对COD利用率高达90.10%

6、，脱氮率为75.67%，比AF反应器脱氮率高出16.05%，产生0.10V左右的输出电压，由此可见MFC与厌氧生物滤池的耦合即可以提高单一厌氧生物滤池的脱氮效率，也可提高碳源的利用率。为研究MFC-AF的最佳产电效率，对碳源浓度进行优化，优化后的碳源浓度为0.24g/L，COD平均去除率为去除率为87.60%，TN去除率为86.91%，输出电压稳定在0.35V，库伦效率为8.66%，与模拟值8.88%近似。对两个反应器进行微生物群落结构分析，发现MFC-AF反应器的微生物群落的丰度优于AF反应器，且不同位置的群落结构差异明显，耦合反应器中主要的微生物有Azospirasp.、Tr

7、ichococcussp.、Nitrospirasp.、Dechloromonassp.、Flavobacteriumsp.、Terrimonassp.、Geobactersp.等，其中Trichococcussp.、Geobactersp.和Flavobacteriumsp.已有文献表明可具有胞外电子转移的能力，Azospirasp.、Dechloromonassp.、Nitrospirasp.和Terrimonassp.已被证实具-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文有脱氮反硝