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关键词：
冻融过程,铵态氮,硝态氮,酰胺态氮,N2O排放通量
发表时间：
2012-08-10 16:39:19
摘要: 以黄姜废水为底物, 采用单室型微生物燃料电池, 验证了MFC 处理黄姜废水的可行性, 研究了进水COD 和SO2-4 浓度对产电性能的影响. 控制电导率和COD 等条件一致, 黄姜废水最大功率密度为葡萄糖配水的8013%. 低COD 浓度条件下MFC 产电稳定, 功率密度随COD 浓度上升而提高, 最高为322 mWPm2 ; 当COD 提高至2766 mgPL以上时,MFC 稳定产电的时长缩短且更新基质后无法恢复最佳产电水平, 表明过高的COD 负荷会抑制产电微生物活性. COD 最终去除率在6812% ~ 8418% 之间, 且随着初始浓度的提高去除率有所下降. 进水SO2-4 浓度的提高使MFC 输出功率密度增大, 但当SO2-4 浓度> 7 716 mgPL( 电导率> 8119 mSPcm) 时, 继续提高SO2-4 浓度无法使功率密度增大. 与沉淀SO2-4 后的废水比较, 含硫原水的最大功率密度平均下降141 5%, 其库仑效率也随SO2-4 浓度提高明显下降, 表明存在SO2-4 作为电子受体被还原, 降低了MFC 的效率.
微生物燃料电池( microbial fuel cell, MFC) 是近年发展起来的清洁能源技术, 它能通过微生物将化学能转化为电能, 达到同时处理废水和生物产电的目的[ 1] , 利用这种技术处理废水是目前研究的主要方向之一[ 2] . MFC 分为单室型和双室型2 种构型[ 3] ,其中不使用质子交换膜的单室结构, 内阻低[4] , 输出功率高[5] ; 同时, 单室型反应器具有结构简单、造价低[ 6] 等特点, 在污水处理领域具有广阔的工程应用前景[ 2] . MFC 的产电性能与废水底物类型[ 7] 、有机物浓度[8] , 以及溶液的离子浓度[ 9] 等有密切关系. 然而, 目前在应用单室型MFC 处理实际废水的研究中, 进水COD 负荷还比较低[ 10, 11] , 仍然缺少对运行参数优化和影响条件的研究[ 12] .
黄姜( Dioscorea zingiberensis C. H. Wright, DZW)废水是以黄姜为原料的皂素生产过程中产生的一种高浓度有机废水. COD 浓度在50 000~ 70 000 mgPL之间, 主要污染物组成是淀粉、纤维素、糖苷和木质素等[ 13] , 同时黄姜废水色度大、酸性强, 对环境破坏十分严重[ 14] . 由于黄姜在加工过程中使用了大量的浓硫酸, 致使废水中SO2-4 浓度高, 约为24 000~ 47 000mgPL. SO2-4 在厌氧生物过程中易于被硫酸盐还原菌( SRB) 还原生成硫化物, 从而毒害产甲烷菌的生长,造成黄姜废水难于应用传统的单相厌氧系统处理.传统黄姜加工产业主要分布在湖北、陕西两省, 这里是我国南水北调中线工程的主要水源地, 黄姜废水对该水域污染十分严重[ 15] , 亟待治理.
基于上述分析, 本研究首次使用单室无膜型MFC 技术处理黄姜废水, 考察进水COD 负荷和SO2-4 离子浓度等运行条件对电池产电性能和黄姜废水处理效果的影响, 论证了利用MFC 技术处理黄姜废水的可行性, 以期为黄姜废水污染治理提供了资源化利用的新思路.
基于上述分析, 本研究首次使用单室无膜型MFC 技术处理黄姜废水, 考察进水COD 负荷和SO2-4 离子浓度等运行条件对电池产电性能和黄姜废水处理效果的影响, 论证了利用MFC 技术处理黄姜废水的可行性, 以期为黄姜废水污染治理提供了资源化利用的新思路.
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