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微生物燃料電池同步回收污水中氮磷與產(chǎn)電研究

文檔作者：張吉強王鵬1 李甲亮單長青季軍遠2 文檔來源： 1濱州學院 2中國海洋大學海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年11月16日
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激生物燃料電池同步回收污水中氮磷與產(chǎn)電研究
張吉強， 王鵬1李甲亮t單長青·季軍遠2
(1濱州學院山東濱州256603
2中國海洋大學海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室山東青島266100)
摘要利用單室微生物燃料電池(MFC)進行了同步回收污水中氮、磷和產(chǎn)電的研究。MFC經(jīng)過14d的啟動達到穩(wěn)定運行
狀態(tài)．輸出電壓最大達到559．2mV。COD去除率最大為92．2％，污水中氮、磷的最大回收率分剮達到87．1％和88．3％，MFC內(nèi)
氮、磷的沉積是化學反應(yīng)與電化學反應(yīng)的協(xié)同作用過程。
關(guān)鍵詞微生物燃料電池氮磷回收產(chǎn)電電化學沉積
中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2016)06-007一03
污水處理廠現(xiàn)行的污水處理方法通常將污水當作無用
的廢物．通過耗費大量的能量(好氧生物處理中曝氣供氧過
程)將污水中的COD、氮和磷等污染物質(zhì)去除。這種做法不
但消耗大量電能．還造成了氮磷等營養(yǎng)元素的流失。不符合
可持續(xù)發(fā)展的要求㈨]。隨著環(huán)境污染和能源短缺的加劇，研
究污水處理的節(jié)能降耗和資源回收技術(shù)勢在必行。研發(fā)可持
續(xù)的污水處理新技術(shù)成為近年來的研究熱點[3]。通過向污水
中投加鎂離子可生成難溶的鳥糞石結(jié)晶沉淀(M92*+NH。++
P03～6H20—MgNn4P04．6H20)，能同步去除污水中的氮和
磷，回收的鳥糞石是一種高效的緩釋肥料【43。微生物燃料電池
(Microbialfuel cell，MFC)是近年來出現(xiàn)的污水處理新技術(shù)，能
將污水中有機物分解釋放的電子回收而產(chǎn)電．可實現(xiàn)同步污水
處理和生物產(chǎn)電．有望解決污水處理廠的電耗問題口鲴。因此，
本實驗將鳥糞石結(jié)晶技術(shù)和MFC技術(shù)相結(jié)合．進行了MFC
同步回收污水中氮、磷和產(chǎn)電性能的實驗研究。期望開發(fā)出
可實現(xiàn)同步污水處理、氮、磷回收和產(chǎn)電的可持續(xù)的污水處
理新技術(shù)。
1材料與方法
1．1實驗裝置
實驗裝置如圖1所示．單室MFC材質(zhì)為有機玻璃。其由
陽極室和陰極側(cè)壁組成。有效體積為400raL。陽極為片狀石
墨氈(50mmx30mmxlOmm)。利用不銹鋼絲固定于陽極室內(nèi)，
陰極為圓片狀碳布(中60mm)，其通過法蘭固定在側(cè)壁上，靠
近空氣一側(cè)負載有Pt催化劑．靠近陽極液一側(cè)通過陽離子
交換膜(Nationll7)與溶液隔離。
1．2 MFC的操作和運行
MFC的菌種為取自污水處理廠的厭氧活性污泥。進水
為模擬廢水，主要成分為COD、氮和磷，其初始濃度分別為
1000mg／L、lOOmdL和100m扎，此外還添加微生物生長需要
的營養(yǎng)元素．其組成見參考文獻5。MFC的運行采用分批模
式，以2d為1個運行周期。其中液體通過磁力攪拌器混勻。
當MFC啟動完成后。進行氮磷回收實驗，向模擬廢水投加
Mgso。，使進水中M礦初始濃度為It)0ms／L。
1．3測試指標及方法
COD的采用重鉻酸鉀法
測定[7]：氨氮采用水楊酸分
光光度法測定?：磷采用鉬
銻抗分光光度法測定[7]：MFC
的輸出電壓利用數(shù)據(jù)采集器
(Agilent 34970A)自動記錄
測定。
2結(jié)果與討論
2．1 MFC的啟動性能
MFC接種微生物后．引
入含有COD、氮和磷的模擬
廢水進行分批操作。經(jīng)過7
個周期(14d)的運行，MFC的圖1單室MFC實物圖
運行性能基本趨于穩(wěn)定．啟動完成。在前14d，COD的去除率
逐漸增大并趨于穩(wěn)定，COD去除率最大達到92．2％(圖2a)，
每l周期的最大電壓也逐漸升高至400mV左右(圖2b)。而
氮和磷的去除率始終較低，僅為4．2％和3．9％(圖2c)，說明
在廢水中未添加M礦時，僅依靠生物的代謝作用不能有效去
除氮、磷[8]。在MFC啟動完后，向模擬廢水投加M媧O。(濃度
為lOOmeCL)，進行氮、磷回收實驗。此時氮和磷的去除率迅
速提高到87．1％和88-3％。并在此后保持穩(wěn)定(圖2d)．在電
極表面和陽極室底部能觀察到結(jié)晶沉淀物質(zhì)，說明M礦添加
后氮、磷與M礦反應(yīng)生成鳥糞石。此時COD的去除效率基本
未發(fā)生變化(圖2a)，而每1周期最大電壓繼續(xù)升高至
559．2mV(圖2b)，這可能是因為由于離子濃度上升使溶液電
導率增大，內(nèi)阻降低導致MFC電壓升高【9]。通過向MFC中
投加M礦，可實現(xiàn)污水中有機物去除，氮、磷資源回收和產(chǎn)電
多種功能，此項技術(shù)具有較大的應(yīng)用前景。
2．2 MFC的穩(wěn)定運行性能
MFC在啟動完成后，進入穩(wěn)定運行階段。選取1個典型
的周期，考察COD、氮、磷和輸出電壓等指標的變化情況．探
明MFC在穩(wěn)定運行階段的性能特征。由圖3可知．在1個周
期運行初始階段(0～5h)，氮和磷的去除率迅速同步上升．達
到70％左右，然后緩慢上升，在第15h就達到最大，此后基本
基金項目：山東省自然科學基金項目(ZR2014EEP009)，山東省高等學校科技計劃項目(J16LD03)，濱州學院博士科研啟動項目(2014Y17)．濱
州學院大學生研究訓練計劃項目(SRTP2016226)
作者簡介：張吉強(1986～)．男．山東淄博人，講師。博士，主要從事廢物處理與資源化研究。

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