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《山东大学》 2010年
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以电极为电子受体的厌氧过程中污染物转化机制与微生物学研究

滕少香  
【摘要】: 厌氧发酵产氢是从有机废水中回收清洁能源的一种方式,然而较低的氢气产率限制了此技术的推广发展。在厌氧产氢过程中,由于底物的不完全转化,发酵液相产物中含有大量的挥发性脂肪酸(VFAs),因此需要添加级工艺进一步处理残留的VFAs并从中回收能源。 本文采用微生物燃料电池(MFCs)从乙酸、丙酸和丁酸的混合物中产电。文章采用响应曲面法探索了三种酸对产电的相对贡献以及它们之间的相互作用。研究表明,当以混合VFAs为底物时,MFCs阳极表面可以较快形成一层生物膜。在电化学活性菌群得以富集后,MFCs有稳定的电流输出。在产电的同时,MFCs对废水处理也有很好的效果。混合VFAs在产电过程中被全部降解,化学需氧量(COD)的降解规律可以用表观一级反应动力学描述。MFCs的库仑效率在20-39%之间,电子的损失主要来自于非电化学活性菌的呼吸消耗以及阴极透过的氧气带来的不利影响和竞争作用。研究发现,乙酸是产电的最适宜底物。MFCs功率密度和库仑效率都随着阳极底物中乙酸比例的增加而增加。三种酸同时存在时,会呈现出一定的拮抗作用。丙酸在低于12%时对功率密度有积极作用,但多于17%时会造成功率密度的降低。丁酸的比例超过24%时,功率密度随着丁酸的增加而降低。与功率密度相比,库仑效率对VFAs组成的响应较为平缓。当乙酸的量占到总VFAs的60-67%时,MFCs可以达到较高的库仑效率(36%)。实验范围内丙酸比例的变化对库仑效率没有太大的影响。当丁酸的量超过26%时,库仑效率急剧降低。MFCs阳极生物膜的群落结构与最初的接种污泥有很大不同。MFCs稳定运行后,阳极群落中Proteobacteria (Beta-, Delta-)和Bacteroidetes占主导地位。底物组成会对群落结构造成影响。微生物群落的UPGMA聚类分析根据底物组成的区别分为不同的基因簇。在厌氧产氢工艺后添加微生物燃料电池技术,可以更大限度的从有机废水中回收氢气和电能,理论上讲,可以将系统的电子回收率从15.7%提高到27.4%。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

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