微生物燃料电池产电性能及处理含铜重金属废水的研究

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1、单位代码：11463密级：公开、学号：12122907论文编号：JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY硕士专业学位研究生学位论文微生物燃料电池产电性能及处理含铜重金属废水的研究研究生姓名mm校内导师姓名刘维平校外导师姓名顾建平申请学位类别工程硕士__领域名称环堵工程—_研宄方向名称繊生物狀论文提交日m2015.5.18论文答辩日期2015.5.26学位授予单位江苏理工学院学位授予日期2015.6.8答辩委员会主席李工江苏理工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究

2、工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。本人学位论文级涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。作者签名：矸签字日期goK年（月d日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解江苏理工学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制

3、手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：巧义、签字日期：士if年5"月G日摘要随着现代重工业的发展，电镀、金属冶炼、石油工业、农药生产等行业均会产生大量含铜废水，若不经处理直接排放到环境中会产生巨大的危害。电化学法操作方便、不产生二次污染、高效快速，可直接回收金属铜，但电解法能耗高，处理高浓度废液时尚可产生较为可观的经济效益，但是电流效率随着浓度的降低而降低，这限制了电解法在低浓度废水处理中的推广应用。微生

4、物燃料电池（Microbialfuelcell，MFC）是利用微生物的新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置，用MFC产生的电流可以代替电解法处理含铜废水技术中的传统电源，解决了电解法处理含铜废水能耗过高的问题。实验构建双室MFC反应器，以模拟有机废水为阳极基质，以厌氧活性污泥为阳极菌种，以硫酸铜废水为阴极液，考察电极、膜、负载和温度等运行参数对MFC产电性能的影响。结果表明：活性炭/石墨棒为电极材料的MFC产电性能最高，功率密度最大-2-26.9mW·m。电极距离为2cm时MFC功率密度最大48.4mW·m，MFC的产电性能随

5、电极表面积的增大而增大。使用美国杜邦质子交换膜的MFC产电性能最高，MFC产电性能随膜的面积的增加而增大。MFC的外阻不断增大，MFC的输出电压随之提高，输-2出电流则不断减小。25℃时MFC产电性能最强，MFC的最大功率密度为4.8mW·m。-1实验考察了MFC阳极有机废水处理及其产电性能，分别以1000mg·L的蔗糖溶液、-1-11000mg·L的乙酸钠溶液、1000mg·L的六次甲基四胺溶液为阳极燃料，结果表明：乙酸钠为阳极燃料时MFC产电性能最高，MFC产电性能随阳极液浓度的增加而提高。添-2加磷酸盐缓冲溶液大大提高M

6、FC的产电能力，最大电流密度达到4.44mA·m。MFC对阳极室废水COD的去除率达到60~80%左右。使用显微镜、透射电镜观察阳极生物膜，发现阳极液中存在着菌胶团、原生动物、微型后生动物等。-1实验考察了MFC对模拟含铜废水的处理效果，构建了双室MFC，分别以5000mg·L-1-1的CuSO4溶液、5000mg·L的CuCl2溶液、5000mg·L的Cu(NO3)2溶液为阴极液，结果表明：CuSO4溶液为阴极液时MFC产电性能最高，MFC产电性能随阴极液浓度的增2+加而提高。阴极室中Cu去除率可达80%~92%。阴极板上红

7、褐色沉积物经XRD检测，2+主要为单质铜和Cu2O的混合物，Cu含量可达74%~85%左右。实验构建了5种构型的MFC装置——SMFC、H型MFC、矩形MFC、U型MFC、双室无膜折流板式MFC，SMFC的产电性能最好，H型MFC的产电性能最低。5种构型的MFC均可有效处理含铜废水，但SMFC无法回收铜，利用扫描电镜观察沉积物表面形貌主要为花状和树枝状，铜粉的平均粒径为1000nm~2000nm左右。实验分别构建间歇流MFC与连续流MFC，连续流MFC产电性能略优于间歇流MFC。实验以铜渣-22+浸出液为阴极液成功启动MFC装

8、置，最大功率密度为1.33mW·m，阴极液中Cu的I去除率达到88.5%。关键词:微生物燃料电池；产电性能；废水处理；铜回收IIABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofindustry,electroplating,metallurgy,p