BES处理尿液的影响因素及能源回收资源化研究

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目前,全球面临着污染及能源、资源短缺问题。尿液作为与人类生活息息相关的一种液体,只占生活污水总量的1%,其中不仅含有大量的有机物,而且氮、磷含量占生活污水总量的75%和50%。但尿液在日常生活中恰恰被人们忽视和丢弃。反而在大量冲洗水的作用下排入到城市下水道既造成资源浪费,又增加水环境的污染负荷。而生物电化学技术既能够去除污染物又可以回收能源。因此,本文利用生物电化学系统(BES)的两种表现形式微生物电解池(MEC)和微生物燃料电池(MFC),进行了利用BES处理尿液的除污、产能及能源回收的资源化研究,主要研究内容如下:1)在不同的接种污泥浓度下利用模拟尿液以双室MFC的方式进行了BES的启动。结果表明,适当增大污泥浓度有利于BES系统的启动与稳定。当微生物的总量较少,MFC达到稳定输出的最高电压的时间较长,污泥浓度等于或高于5183mg·L-1时,其微生物底数较大,生长繁殖较快,只需160h左右。污泥浓度过大时,增大系统内阻,从而影响电池的输出功率,在污泥浓度为5183mg·L-1时,MFC的产电性能最好,输出电压高达0.78V。2)在系统启动成功的基础上,探究了pH及浓度对于双室尿液MFC除污产能的研究。结果表明,输出电压,污染物去除率等均与pH呈正相关,pH=9为较适宜反应pH;当尿液进水稀释倍数由10倍变为3倍时,增加了微生物降解有机物的能力以及电子的传递效率,使得输出电压提高了1.5倍,污染物的去除率高达98%,回收能量提高了400%。3)又探究了不同因素对于双室MEC处理尿液的性能影响。结果表明,增加MEC的外加电压有助于提高MEC的处理效果,但电压过高会降低微生物的活性,0.8V为MEC适宜的外加电压;进水尿液浓度过高时,氨氮的含量过高会降低阳极微生物的活性从而影响反应效果,2倍稀释尿液是适宜的进水浓度;阴极PBS的适宜浓度为100mM。优化运行时COD和氨氮均有较好的去除效果,产氢速率达到0.23±0.02m3H2MEC·m-3d-1,总能量回收效率为25.8±0.01%。4)最后,在上述研究的基础上,对于MEC和MFC的群落及产能资源化效果进行了分析。结果表明,MEC阳极系统的优势菌属是阿米尼菌属(Aminivibrio)和假单胞菌属(Pseudomonas);MFC阳极系统的优势菌属互养菌属(Synergistes)、阿米尼菌属(Aminivibrio)、弥索孢菌属(Mesotoga)和假单胞菌属(Pseudomonas)。而阿米尼菌属(Aminivibrio)和互养菌属(Synergistes)是主要的发酵菌,为电化学系统产电提供较好的产电基质,假单胞菌属(Pseudomonas)和弥索孢菌属(Mesotoga)分别是MEC和MFC电化学系统中的主要产电微生物。微生物作用下的BES处理尿液可以获得一定的资源化效率,仍需进一步的提高。
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