實現(xiàn)海水脫鹽與重金屬廢水處理的MDC技術(shù)研究.pdf

1、微生物脫鹽燃料電池（MDC）是一項利用微生物將廢水中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成電能從而實現(xiàn)海水脫鹽的新工藝。近年來，該工藝憑借其能耗低、實現(xiàn)廢物資源化等優(yōu)勢受到了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。重金屬廢水具有高毒性、持久性和累積性等特點，排放到環(huán)境中不易被代謝，卻易被生物富集，不僅污染水環(huán)境、威脅水體安全，也嚴(yán)重威脅著人類和水生生物的生存。
　　本課題對微生物脫鹽燃料電池的研究主要包括反應(yīng)器的啟動、脫鹽室數(shù)目對反應(yīng)器性能影響分析以及外電阻對反應(yīng)器

2、性能影響分析，并在此基礎(chǔ)上確定了微生物脫鹽燃料電池的最佳構(gòu)型；構(gòu)建了串聯(lián)微生物脫鹽燃料電池體系，在連續(xù)流條件下對串聯(lián)體系的單體反應(yīng)器數(shù)目、陽極室和陰極室的溶液流速以及中間隔室運行方式進(jìn)行了研究；分析了串聯(lián)體系各級反應(yīng)器的產(chǎn)電能力、COD去除效果、能量轉(zhuǎn)化效率、脫鹽性能和產(chǎn)堿能力，并對該工藝的同步廢水凈化、海水淡化、重金屬廢水沉淀處理效果進(jìn)行了綜合評價。
　　首先對比了1SMDC、3SMDC、5SMDC三種構(gòu)型微生物脫鹽燃料電池的性

3、能，在間歇流運行方式下，通過增加脫鹽室數(shù)目并降低外電阻可以有效地提高SMDC的輸出電流以及脫鹽性能，并獲得了較好的COD去除效果和能量轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)外電阻R=10Ω時，5SMDC的最大輸出電流為4.5 mA、最大輸出功率為670 mW·m-2、內(nèi)阻為267Ω；電子轉(zhuǎn)移效率為318％、脫鹽效率為84%、總脫鹽速率為0.0206 g·h-1；庫倫效率為29%，COD去除率為84%。
　　其次構(gòu)建了串聯(lián)5SMDC反應(yīng)體系，在連續(xù)流運行方式

4、下，增加體系中串聯(lián)反應(yīng)器數(shù)目可以有效地提高反應(yīng)體系的處理效果，通過優(yōu)化陽極室和陰極室的溶液流速，對比三階段脫鹽和連續(xù)流脫鹽兩種中間隔室運行方式，確定了串聯(lián)體系的最優(yōu)運行方式：陽極室底物流速為0.2 mL·min-1、三階段脫鹽中間隔室模擬海水流速為0.14 mL·min-1、陰極液流速為0.8 mL·min-1。該條件下串聯(lián)體系的最大輸出電流為6.5 mA、最大輸出功率為745 mW·m-2、內(nèi)阻為178Ω；電子轉(zhuǎn)移效率為266%、脫鹽

5、效率為95%、NaCl去除速率為5.7 mg·L-1·day-1；庫倫效率為46%，COD去除率為94%；陰極產(chǎn)堿量為360 mL·day-1，pH為11.9，模擬重金屬廢水中各種金屬離子沉淀去除率最高可達(dá)99%，出水滿足污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn)。
　　再次，分析了串聯(lián)體系各級反應(yīng)器的處理效果，沿著溶液流動方向各級反應(yīng)器內(nèi)的陽極底物濃度和中間隔室鹽離子濃度逐漸降低，陰極液pH逐漸升高，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)阻不斷增