pH與氣相環(huán)境對微生物電解池產(chǎn)氫的影響.pdf

1、隨著工業(yè)化發(fā)展和城市化進程加快，環(huán)境污染和能源危機仍然是全球亟待解決的問題。污水中的有機污染物蘊含大量化學能，如果在污水處理同時，將污染物中的化學能轉化為可再生清潔能源，將有利于緩解全球能源危機和降低污水處理能耗。開展新型的污水處理與能源化技術已經(jīng)成為國內外研究熱點。微生物電化學系統(tǒng)是新興的廢水處理技術，該技術在處理有機或無機污染物同時回收生物能源。開展生態(tài)條件對微生物電化學系統(tǒng)能源回收影響研究，確定最佳的生態(tài)條件，將為該系統(tǒng)放大化和定

2、向調控奠定理論基礎，對于有機污染物定向生物轉化具有重要意義。
　　本研究利用單室微生物電解池（MEC）反應器，分別研究不同pH、氣體環(huán)境條件、溶液中銨鹽對微生物電解池（MEC）的產(chǎn)氫效能、底物轉化率、能量轉化率及微生物群落結構的影響。進而優(yōu)化MEC的運行條件，提高MEC產(chǎn)氫能力。
　　實驗研究發(fā)現(xiàn)，起始pH對MEC系統(tǒng)性能具有明顯的影響。而在pH7~10的范圍內，在進水COD為1801±5.45mg/L，MEC系統(tǒng)出水COD

3、去除率變化不大，表明MEC系統(tǒng)具有較大pH適應范圍，但是能獲得高產(chǎn)氫率的最佳pH為8。在pH5時沒有氫氣產(chǎn)生。在pH為8時MEC系統(tǒng)得到了最大的氫氣產(chǎn)率和產(chǎn)氫速率，分別為2.43mmol-H2/mol-乙酸和0.936m3/m3·d，最大庫倫效率為115.2％。高通量454焦磷酸測序結果表明不同pH下MEC陽極生物膜具有較高的生物多樣性，Bacteroidetes、Firmicutes以及Proteobacteria三個門為所有MEC反

4、應器的優(yōu)勢菌門。優(yōu)勢產(chǎn)電菌屬主要是Geobacter和Enterobacter。
　　光合MEC反應器中，不同氣體環(huán)境對其產(chǎn)氫效果和能量轉化效率具有顯著影響。曝氮氣和氬氣組明顯優(yōu)于非曝氣（空氣）實驗組。在曝氮氣實驗組中，氫氣產(chǎn)量和產(chǎn)率隨外加電壓的增強而逐漸升高，隨后會趨于穩(wěn)定，氫氣濃度均達到了88-89%。當外加電壓等于0.8V時，在氬氣的實驗組中最大氫氣產(chǎn)量和產(chǎn)率分別為6.44 m3/m3·d，氫氣產(chǎn)量為3.85 mol H2/

5、mol-acetate，略高于同等條件下曝氮氣的實驗組3.61 mol H2/mol-acetate和3.99 m3/m3?d。電壓大于0.6V時，曝氬氣組的庫倫效率(96~98±0%)略高于曝氮氣組(90~94%)。曝氬氣組優(yōu)于氮氣組，分析認為MEC中的光合細菌可能在氬氣條件下進一步產(chǎn)氫，在光合MEC系統(tǒng)同步實現(xiàn)了光合產(chǎn)氫和陰極的電輔助產(chǎn)氫。
　　溶液中銨鹽濃度對MEC系統(tǒng)性能具有影響，當氨氮濃度為350mg/L時，反應器的CO