收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

折流板管状空气阴极微生物燃料电池构建及产电特性研究

李贺  
【摘要】:伴随社会的发展,支柱性产业能耗高、效率低、对传统能源的过度依赖,新能源开发不足,导致了生态环境破坏严重,制约了我国的可持续发展。调整能源结构,实现结构多样化,发展清洁能源、加大新能源利用已成为我国能源结构调整的主攻方向。 将厌氧折流板工艺与微生物燃料电池工艺相结合,设计开发了折流板管状空气阴极微生物燃料电池(baffled tubular air-cathode MFC, BTAMFC)(200810063876.5及PCT/CN2009/070168),该反应器既保留了厌氧折流板工艺在废水处理中的优势,又可进行电能的生产,提高了回收的经济效益。 构建了BTAMFC的基本构型——单格室BTAMFC(Single-compartment BTAMFC,SBTAMFC)。考察了阳极结构对SBTAMFC的影响,三维立体阳极结构更有利于体系的产能与废水的去除。与碳板阳极BTAMFC相比,三维立体阳极BTAMFC总内阻由原来的19.8?降低为12.1?,最大功率密度升高至582.4 mW/m2, COD去除率也从47%增加至88%。对比了连续流与间歇流运行方式,连续流运行方式有效地提高了体系的产电性能。间歇流运行BTAMFC的总内阻增加了7.4?,功率密度降低至407.1mW/m2,COD去除率变化不明显。 考察了分格数对BTAMFC的影响,将单室BTAMFC构建成双室BTAMFC(dual-compartment BTAMFC, DBTAMFC),不仅增大了输出电能,还增加了体系对废水的去除能力。以1g/L葡萄糖为底物,当HRT=6h时,最大功率密度为15.2 W/m3,COD去除率为88%,内阻为13.7?。随着进水负荷从4.11 kg COD/ (m~3 NAC·d)升高至16.0 kg COD/ (m~3 NAC·d)时,COD去除率从88%降低至70%。在此过程中,电池的内阻变化不大,始终低于15?;当进水负荷为9.60 kg COD/ (m~3 NAC·d)(HRT=2.5h)时,拥有最大输出功率密度(20.8 W/m3);最大库伦效率(48%)在6.96 kg COD/ (m~3 NAC·d)(HRT=3.5h)时获得,因此该体系最佳的水力停留时间范围为2.5-3.5h。考察了长期运行对电池性能的影响,结果显示,电池经过10个月的稳定运行,仍保持较高的电能输出及COD去除率,输出电压降低了6.4%,最大功率密度降低为原来的48.4%,但仍能输出7.9W/m3的电能, COD去除率由原来的88%升高至90%。进一步说明DBTAMFC体系的稳定性较好,适合于长期运行,电池的寿命至少在10个月以上。 进一步增加分格数,优化BTAMFC的产电性能及废水处理效果。由双格室DBTAMFC增加成五格室BTAMFC ( Five-compartment BTAMFC ,FBTAMFC),体积增大了4.5倍。进水葡萄糖浓度为5 g/L,与DBTAMFC相比,各个格室在1000?下输出的电压并未改变,总输出功率从DBTAMFC的20.8 W/m~3提高至54.7 W/m3,总COD去除率为86%。各个格室的欧姆内阻相同,但源于电荷转移内阻及扩散内阻的差异使得总内阻相差不到1?(12-13?),说明了BTAMFC的内阻不会随着格室数的增加而增大,为BTAMFC分格数进一步增加提供了参考数据。除第一格室内阻外,其余各格室内阻均小于DBTAMFC。各格室按从前至后的顺序COD去除率分别为67%、25%、32%、3.5%和11%,揭示了BTAMFC体系一个普遍的规律,即第一个格室主要偏向于废水处理,超过50%以上的进水COD在此格室内得以去除。五格室BTAMFC在无回流时,各格室的最大功率密度均降低,总功率密度降低了13.6 W/m3,但总COD去除率由原来的86%升高至94%。虽然损失了部分电能,但节省了投资与运行费用,提高了废水处理效果。增加底物浓度(由5g/L增至10g/L)大大降低了第一、三格室的产电性能使得10g/L时总功率密度降低了33.9 W/m3,但COD去除率保持在94%。 将秸秆纤维素燃料乙醇洗液废水稀释后直接用于DBTAMFC中产电,最大输出功率密度为10.7 W/m3, COD去除率达89.1%,并伴有脱色效果。首次将秸秆纤维素燃料乙醇醪液废水直接应用于FBTAMFC产电,总功率密度为20.8 W/m3,COD去除率为95%。首次将BTAMFC工艺与CSTR(产酸相)、EGS(产甲烷相)及SBR反应器(好氧段)的废水处理工艺联合应用,将秸秆纤维素燃料乙醇醪液废水SBR工艺段出水作为单室BTAMFC底物产电,电压由412mV降低至296mV,最大功率密度为2.7W/m3,出水COD可达96mg/L,去除率为72%,出水色度明显下降,为MFC工艺在废水领域内应用提供了新的方法。综上所述,BTAMFC可直接应用于处理高浓度高负荷的有机工业废水中,且具有一定的脱色效果及抗负荷及毒物冲击的特性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯雅丽;李浩然;祝学远;;单室直接微生物燃料电池性能影响因素分析[J];北京科技大学学报;2007年S2期
2 康峰,伍艳辉,李佟茗;生物燃料电池研究进展[J];电源技术;2004年11期
3 黄霞;范明志;梁鹏;曹效鑫;;微生物燃料电池阳极特性对产电性能的影响[J];中国给水排水;2007年03期
4 蒋胜韬;管玉江;白书立;杨岳臣;;以葡萄糖为底物的微生物燃料电池产电特性研究[J];中国给水排水;2009年23期
5 郭静,李清雪,马华年,王冬云,史长林;ABR 反应器的性能及水力特性研究[J];中国给水排水;1997年04期
6 沈耀良,王宝贞,杨铨大,刘润芬,许甫庸;厌氧折流板反应器处理垃圾渗滤混合废水[J];中国给水排水;1999年05期
7 贾洪斌,赵大传,王力民;挡板式水解酸化法处理印染废水的中试试验研究[J];工业水处理;2001年01期
8 吴慧芳;王世和;夏明芳;陆继来;尹协东;;ABR处理印染废水水温影响特性及降解模型[J];工业水处理;2006年10期
9 贺嵩邡,易辰俞,戴友芝;厌氧折流板反应器处理有机磷农药废水的研究[J];工业用水与废水;2002年04期
10 陈洪章,刘健,李佐虎;半纤维素蒸汽爆破水解物抽提及其发酵生产单细胞蛋白工艺[J];化工冶金;1999年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 朱葛夫;厌氧折流板反应器应用技术及微生物群落生态学研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 刘莹;碱度对厌氧折流板反应系统启动及优势种群形成的影响[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 刘尧兰;产电菌的分离及不同温度下MFC产电特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 管荣辉;厌氧折流板反应器(ABR)处理高浓度退浆废水特性研究[D];东华大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王夙;刘峻;;污水处理厂能耗分析与节能技术研究进展[J];四川有色金属;2011年03期
2 刘道根,黄种买,王红萍,郭琰;医院污水处理典型工艺及技术发展趋势[J];安徽化工;2004年06期
3 方玲玲;周元祥;;应用厌氧折流板反应器处理制药废水的研究[J];安徽化工;2006年02期
4 周学明;;噻黄隆生产废水处理实验研究[J];安徽化工;2007年05期
5 俞珊珊;刘锋;马三剑;王秋云;;UASB处理蛋白废水的实验研究[J];安徽化工;2010年04期
6 乔华军;蒋文化;姜涛;马三剑;;UASB工艺处理秸秆乙醇废水的厌氧研究[J];安徽化工;2010年06期
7 於胜洪;华喜萍;姜涛;蒋京东;;加压厌氧反应系统的实验运行研究[J];安徽化工;2011年02期
8 周宇昭;蒋文化;张晔;戴庆武;马三剑;;UASB反应器处理制药废水的实验研究[J];安徽化工;2011年02期
9 周宇昭;;涤纶短纤维废水中试研究[J];安徽化工;2011年05期
10 刘绍根,黄显怀,赵峰;UASB-SBR工艺处理屠宰废水[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔康平;周元祥;许为义;彭书传;;人工快速渗滤技术及其水处理应用[A];2004“生态安徽”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 边伟伟;王国懿;王晶日;张华;;EGSB工艺在啤酒废水处理改造中的应用[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
3 杜风光;;关于加快建立生物质能源科技创新体系的建议[A];河南企业研发中心建设研究[C];2011年
4 黄万抚;叶茜;;电渗析的分离机理及应用[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
5 黄益平;夏伟;邹鑫;刘毅;徐景富;刘爽;;EGSB反应器中毒后快速恢复活性[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
6 马丽卫;翟海瑞;王倩;张利娟;杨劲松;;乳制品公司废水处理的研究进展[A];管产学研助推食品安全重庆高峰论坛——2011年中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会学术年会暨全国食品科学与工程博士生学术论坛论文集[C];2011年
7 傅学起;谭海周;;畜禽废水的处理方法及畜禽养殖的清洁生产[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
8 王子戡;徐考群;;浅谈中小型马铃薯淀粉厂污水处理方案[A];'99全国包装与食品加工技术研讨会论文集[C];1999年
9 赵毅;陈诚;;硫酸盐还原菌处理湿法烟气脱硫产物的实验研究[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
10 张义华;张华东;;半化学草浆废水处理和运行成本核算[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙健;微生物燃料电池同步降解偶氮染料和产电的特性与机理[D];华南理工大学;2010年
2 莫光权;功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
3 陈小光;超高效螺旋式厌氧反应器三相流动特性的研究[D];浙江大学;2011年
4 袁志宇;常温下生活垃圾渗滤液处理工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
5 赵明星;厨余物厌氧产氢过程控制因素优化研究[D];江南大学;2010年
6 王凯鹏;电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D];武汉大学;2010年
7 张增胜;农村分散式污水处理适用技术及机理研究[D];东华大学;2010年
8 李广;预处理后剩余污泥中温两相厌氧消化效能研究[D];中国地质大学(北京);2011年
9 郭志军;燃料电池用碳气凝胶载铂基催化剂的制备与表征[D];北京交通大学;2011年
10 刘畅;超声预处理组合技术改善污水污泥厌氧消化的研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王华玲;丹江口库区代表性水源地农村水污染控制措施的研究[D];华中农业大学;2010年
2 李倩;不同结构氧化锰矿物氧化硫化物动力学特点及影响因素[D];华中农业大学;2010年
3 唐敏;高碳煤矸石与采残煤矿井下生物转化可燃气研究[D];河南理工大学;2010年
4 沈小华;生产性IC反应器的启动及“酸化”研究[D];郑州大学;2010年
5 牛娜;林可霉素废水处理工艺及启动研究[D];郑州大学;2010年
6 丁玉;旋流内循环厌氧反应器(EIC)处理酒精废水的试验研究[D];郑州大学;2010年
7 孙延格;一种新型厌氧化反应器的研制与启动试验研究[D];郑州大学;2010年
8 孙国平;磷酸铵镁结晶法去除和回收猪场废水中氮磷[D];郑州大学;2010年
9 苏涛;玉米酒精废水处理工艺及启动研究[D];郑州大学;2010年
10 孙向鹏;改良UASB反应器内气液两相流模拟及启动性能研究[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张在勤;杨百忍;;ABR反应器污泥颗粒化及影响因素[J];安徽农学通报;2007年03期
2 周建冬;奚旦立;李小琴;刘荣荣;;退浆废水中聚乙烯醇定量测量的研究进展[J];环境科学与管理;2008年11期
3 冯雅丽;周良;祝学远;连静;李少华;;Geobacter metallireducens异化还原铁氧化物三种方式[J];北京科技大学学报;2006年06期
4 冯雅丽;李浩然;连静;周良;;利用微生物电池研究微生物在矿物表面电子传递过程[J];北京科技大学学报;2006年11期
5 杨宝芸,何玉凤,宋鹏飞,王荣民,王云普;厌氧-好氧一体式折流板反应器处理淀粉废水的启动运行[J];城市环境与城市生态;2005年02期
6 周生贤;;国务院关于当前水环境形势和水污染防治工作的报告——2006年12月26日在第十届全国人民代表大会常务委员会第二十五次会议上[J];中华人民共和国全国人民代表大会常务委员会公报;2007年01期
7 贾鸿飞,谢阳,王宇新;生物燃料电池[J];电池;2000年02期
8 张毅;顾润南;;动态陶瓷膜处理PVA退浆废水的工艺[J];东华大学学报(自然科学版);2007年02期
9 宝玥,吴霞琴;生物燃料电池的研究进展[J];电化学;2004年01期
10 包书景,陈文学,周建文,王慎文;Research on Petroleum Reservoir Diagenesis and Damage Using EDS Quantitative Analysis Method with Standard Samples[J];Chinese Journal of Geochemistry;2000年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李凤祥;周启星;;颗粒活性炭改进阳极提升微生物燃料电池性能的研究[J];应用基础与工程科学学报;2010年06期
2 李登兰;洪义国;许玫英;罗慧东;孙国萍;;微生物燃料电池构造研究进展[J];应用与环境生物学报;2008年01期
3 仲海涛;吴启堂;;从废水中回收能源——微生物燃料电池和发酵生物制氢技术[J];可再生能源;2006年03期
4 李兆飞;陶虎春;梁敏;李伟;薛安;;双室微生物燃料电池不同接种条件下处理薯蓣素废水[J];环境科学研究;2009年04期
5 刘杨;杨平;;从废水中回收沼气能及氢能与电能[J];环境科学与技术;2010年10期
6 崔康平;金松;;新型单室无质子膜微生物燃料电池性能研究[J];环境科学研究;2008年05期
7 宋天顺;叶晔捷;徐源;徐夫元;陈英文;沈树宝;;用于废水处理及产能的微生物燃料电池研究进展[J];现代化工;2008年04期
8 李毅;胡翔;王程远;王瑞林;;微生物燃料电池在废水处理中的应用[J];工业水处理;2008年09期
9 梁波;杨国忠;徐金球;;微生物燃料电池技术净化废水研究进展[J];化工环保;2010年02期
10 刘莹;徐惠忠;韩京龙;张章堂;陈博彦;;基质浓度·电极距离·离子强度对MFC影响的研究[J];环境科学与技术;2011年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孔晓英;孙永明;李连华;李东;杨改秀;;不同底物对微生物燃料电池产电性能的影响[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
2 李颖;孙永明;孔晓英;李连华;杨改秀;袁振宏;;菌株Dysgonomonas mossii的分离及产电特性[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
3 侯彬;胡勇有;孙健;;微生物作为阴极催化剂强化微生物燃料电池同步偶氮染料脱色与产电性能的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
4 刘渊;夏本立;丛继信;王力;;MBR工艺在废水处理中的研究发展及应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
5 滕秀清;王玉坤;;锅炉除渣废水处理循环利用技术[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
6 钱瑛;;Fe腐蚀在Cr(Ⅵ)废水处理中应用的研究[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
7 许宗浩;常品茹;;粉煤灰在印染废水治理中的应用[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2007年学术年会论文集[C];2007年
8 王井玉;黄卫民;王璇;林海波;;挂膜方式对微生物燃料电池性能的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
9 黄丽萍;郭瑞;甘琳琳;王宁;;微生物燃料电池生物阳极的五氯酚共代谢降解[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
10 李耀华;;印染过程中的清洁生产问题研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 宗华;废水处理添新工艺[N];中国石化报;2001年
2 本报记者;农业部为祁圩村设计污水处理方案[N];淮南日报;2006年
3 张成华;江苏亚太开发出废水处理新技术[N];中国高新技术产业导报;2000年
4 本报记者 张孟军;发酵产氢:废水处理的新方法[N];科技日报;2002年
5 耿标 朱辉煌 冯新建;让水电建设实现节能减排[N];中国企业报;2011年
6 顾定槐;普莱克斯为奥运废水处理厂供氧气[N];中国化工报;2008年
7 王孝弟;浙江最大工业废水处理项目在巨化建成[N];中国化工报;2000年
8 柳尧杰;泰山纸业:废水处理打破“坚冰”[N];莱芜日报;2007年
9 ;污水流出巨大商机[N];民营经济报;2006年
10 汪焕心;浅谈制浆造纸的废水处理[N];中国包装报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李贺;折流板管状空气阴极微生物燃料电池构建及产电特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 李中坚;基于微生物电化学系统的废水处理技术研究[D];浙江大学;2012年
3 王凯鹏;电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D];武汉大学;2010年
4 莫光权;功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
5 张培远;微生物燃料电池能量特性研究[D];北京工业大学;2011年
6 孙健;微生物燃料电池同步降解偶氮染料和产电的特性与机理[D];华南理工大学;2010年
7 侯彬;同步脱色刚果红与产电的微生物燃料电池的性能和机理研究[D];华南理工大学;2012年
8 王鑫;微生物燃料电池中多元生物质产电特性与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 王鑫;微生物燃料电池中多元生物质产电特性与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 顾宁;二氧化氯和超细氧化铁在废水处理中的组合应用技术研究[D];中北大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜颖;基于“产电—除污”耦合工艺的微生物燃料电池的研究[D];东北林业大学;2010年
2 迟美玲;提高微生物燃料电池性能的电极材料研究[D];南开大学;2011年
3 周宁波;纳米二氧化铈制备、表征及修饰微生物燃料电池阳极的研究[D];华东理工大学;2011年
4 赵世辉;双室型微生物燃料电池在制浆废水处理中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
5 李金涛;微生物燃料电池脱氮的研究[D];武汉理工大学;2012年
6 李毅;微生物燃料电池在废水处理中的应用研究[D];北京化工大学;2008年
7 吴瑾妤;基于pH调控的蓝藻水处理微生物燃料电池产电特性研究[D];江南大学;2010年
8 李靖;无膜生物阴极微生物燃料电池处理生活污水 的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陈立香;基于废水处理的微生物燃料电池的研制及基础研究[D];汕头大学;2010年
10 李明;无膜微生物燃料电池性能特性与应用拓展研究[D];重庆大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026