類A2-O生物陰極微生物燃料電池污水處理及污泥減量研究.pdf

1、人口、環(huán)境、資源與發(fā)展構(gòu)成了當(dāng)今世界最為突出的四大難題，其中我國尤以環(huán)境和資源問題最為棘手。特別是作為一個缺水大國，如何利用最小的能耗和投資實現(xiàn)污水的處理效率最大化成為廣大學(xué)者思考的一個重要方向，其研究過程卻往往受到另一個難題的制約：即伴隨污（廢）水治理達(dá)標(biāo)的同時產(chǎn)生大量污泥的問題。微生物燃料電池因為具有以廢水為反應(yīng)底物實現(xiàn)去除水中污染物并兼顧產(chǎn)生電流的能力，開辟了污水處理工藝的新思路，非但不需要能量的投入，反而提供了極具實用價值的電能

2、，甚至報道發(fā)現(xiàn)具有污泥源頭減量化的功效。因此，本文設(shè)計了一種類A2/O式生物陰極微生物燃料電池，用于考察MFC工藝的污水處理效果、產(chǎn)電性能及污泥減量效果，并進(jìn)一步尋找三者之間的關(guān)聯(lián)性與制約性。
　　本文自主設(shè)計構(gòu)建的類A2/O式MFC系統(tǒng)以生活污水作為處理對象，經(jīng)過26d完成啟動，穩(wěn)定輸出電壓為0.515V，其中，陽極電位為-0.48V，陰極電位為0.035V。在穩(wěn)定運(yùn)行期間，其電化學(xué)基本性能指標(biāo)為：內(nèi)阻值等于421Ω，最大功率密

3、度值為0.3067W/m3，在水力停留時間為24h的工況下，獲得庫倫效率為1.99％。MFC系統(tǒng)污水處理效果都略優(yōu)于A2/O系統(tǒng)。其中，COD和氨氮的去除效率在90%左右，總氮的去除率約為40%，總磷的去除率為68%。HRT對于氨氮的去除有較大影響，當(dāng)HRT從8h增大到24h，氨氮的去除率從20%提高到90%。合理的曝氣模式是曝氣45min，間歇45min，不僅可以獲得良好的污水處理效果，更節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗的運(yùn)行費(fèi)用。
　　本

4、文以類A2/O式微生物燃料電池為核心考察對象，對照相同構(gòu)型的A2/O系統(tǒng)與靜態(tài)實驗組，在完全相同的運(yùn)行工況下，分析MFC系統(tǒng)的污泥減量效果，水力停留時間為24h，污泥齡為10d，測量反應(yīng)器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行60d的污泥累積排放量，對比MFC與A2/O兩系統(tǒng)的好氧區(qū)活性污泥性能，觀察MFC系統(tǒng)不同區(qū)域的污泥粒徑分布，提取系統(tǒng)中上清液及污泥中的EPS，比較胞外聚合物的物質(zhì)組成含量；對剩余污泥進(jìn)行有機(jī)物組分分級，考察 TOC、UV254和SUVA在

5、污泥固相和上清液中五種有機(jī)組分的含量分布，對照MFC和A2/O對應(yīng)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)碳元素的含量，進(jìn)一步解釋MFC系統(tǒng)的污泥減量機(jī)制。
　　MFC系統(tǒng)剩余污泥總產(chǎn)量最小，A2/O系統(tǒng)次之，靜態(tài)實驗系統(tǒng)最大。其中，MFC系統(tǒng)比A2/O系統(tǒng)污泥總產(chǎn)量減少了14.53%，比靜態(tài)實驗系統(tǒng)減少62.1%。MFC系統(tǒng)剩余污泥Yobs與A2/O系統(tǒng)及靜態(tài)對照系統(tǒng)相比平均減少11%及38%。相同工況運(yùn)行條件下，MFC系統(tǒng)內(nèi)陰極區(qū)活性污泥具有更好的污泥活性

6、。MFC與A2/O兩系統(tǒng)內(nèi)污泥上清液與EPS中蛋白質(zhì)含量存在明顯差異，EPS中蛋白質(zhì)含量高于上清液。多糖在兩個系統(tǒng)的分布與蛋白質(zhì)相近，但含量遠(yuǎn)低于蛋白質(zhì)。較A2/O系統(tǒng)，MFC系統(tǒng)好氧污泥中的多糖濃度量略低。MFC系統(tǒng)與A2/O系統(tǒng)在不同采樣點測得的元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)有較大差異，但具備一定規(guī)律。各反應(yīng)區(qū)均是碳元素的含量最多，氧元素次之，氮元素和氫元素的含量較少且相差不大，硫元素含量最少。好氧區(qū)污泥、厭氧區(qū)污泥及缺氧區(qū)污泥的成分存在明顯差異，