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微生物燃料电池同步回收污水中氮磷与产电研究

文档作者：张吉强王鹏1 李甲亮单长青季军远2 文档来源： 1滨州学院 2中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室		点击数：	更新时间： 2023年11月16日
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激生物燃料电池同步回收污水中氮磷与产电研究
张吉强， 王鹏1李甲亮t单长青·季军远2
(1滨州学院山东滨州256603
2中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100)
摘要利用单室微生物燃料电池(MFC)进行了同步回收污水中氮、磷和产电的研究。MFC经过14d的启动达到稳定运行
状态．输出电压最大达到559．2mV。COD去除率最大为92．2％，污水中氮、磷的最大回收率分剐达到87．1％和88．3％，MFC内
氮、磷的沉积是化学反应与电化学反应的协同作用过程。
关键词微生物燃料电池氮磷回收产电电化学沉积
中图分类号：X78 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2016)06-007一03
污水处理厂现行的污水处理方法通常将污水当作无用
的废物．通过耗费大量的能量(好氧生物处理中曝气供氧过
程)将污水中的COD、氮和磷等污染物质去除。这种做法不
但消耗大量电能．还造成了氮磷等营养元素的流失。不符合
可持续发展的要求㈨]。随着环境污染和能源短缺的加剧，研
究污水处理的节能降耗和资源回收技术势在必行。研发可持
续的污水处理新技术成为近年来的研究热点[3]。通过向污水
中投加镁离子可生成难溶的鸟粪石结晶沉淀(M92*+NH。++
P03～6H20—MgNn4P04．6H20)，能同步去除污水中的氮和
磷，回收的鸟粪石是一种高效的缓释肥料【43。微生物燃料电池
(Microbialfuel cell，MFC)是近年来出现的污水处理新技术，能
将污水中有机物分解释放的电子回收而产电．可实现同步污水
处理和生物产电．有望解决污水处理厂的电耗问题口鲴。因此，
本实验将鸟粪石结晶技术和MFC技术相结合．进行了MFC
同步回收污水中氮、磷和产电性能的实验研究。期望开发出
可实现同步污水处理、氮、磷回收和产电的可持续的污水处
理新技术。
1材料与方法
1．1实验装置
实验装置如图1所示．单室MFC材质为有机玻璃。其由
阳极室和阴极侧壁组成。有效体积为400raL。阳极为片状石
墨毡(50mmx30mmxlOmm)。利用不锈钢丝固定于阳极室内，
阴极为圆片状碳布(中60mm)，其通过法兰固定在侧壁上，靠
近空气一侧负载有Pt催化剂．靠近阳极液一侧通过阳离子
交换膜(Nationll7)与溶液隔离。
1．2 MFC的操作和运行
MFC的菌种为取自污水处理厂的厌氧活性污泥。进水
为模拟废水，主要成分为COD、氮和磷，其初始浓度分别为
1000mg／L、lOOmdL和100m扎，此外还添加微生物生长需要
的营养元素．其组成见参考文献5。MFC的运行采用分批模
式，以2d为1个运行周期。其中液体通过磁力搅拌器混匀。
当MFC启动完成后。进行氮磷回收实验，向模拟废水投加
Mgso。，使进水中M矿初始浓度为It)0ms／L。
1．3测试指标及方法
COD的采用重铬酸钾法
测定[7]：氨氮采用水杨酸分
光光度法测定⋯：磷采用钼
锑抗分光光度法测定[7]：MFC
的输出电压利用数据采集器
(Agilent 34970A)自动记录
测定。
2结果与讨论
2．1 MFC的启动性能
MFC接种微生物后．引
入含有COD、氮和磷的模拟
废水进行分批操作。经过7
个周期(14d)的运行，MFC的图1单室MFC实物图
运行性能基本趋于稳定．启动完成。在前14d，COD的去除率
逐渐增大并趋于稳定，COD去除率最大达到92．2％(图2a)，
每l周期的最大电压也逐渐升高至400mV左右(图2b)。而
氮和磷的去除率始终较低，仅为4．2％和3．9％(图2c)，说明
在废水中未添加M矿时，仅依靠生物的代谢作用不能有效去
除氮、磷[8]。在MFC启动完后，向模拟废水投加M娲O。(浓度
为lOOmeCL)，进行氮、磷回收实验。此时氮和磷的去除率迅
速提高到87．1％和88-3％。并在此后保持稳定(图2d)．在电
极表面和阳极室底部能观察到结晶沉淀物质，说明M矿添加
后氮、磷与M矿反应生成鸟粪石。此时COD的去除效率基本
未发生变化(图2a)，而每1周期最大电压继续升高至
559．2mV(图2b)，这可能是因为由于离子浓度上升使溶液电
导率增大，内阻降低导致MFC电压升高【9]。通过向MFC中
投加M矿，可实现污水中有机物去除，氮、磷资源回收和产电
多种功能，此项技术具有较大的应用前景。
2．2 MFC的稳定运行性能
MFC在启动完成后，进入稳定运行阶段。选取1个典型
的周期，考察COD、氮、磷和输出电压等指标的变化情况．探
明MFC在稳定运行阶段的性能特征。由图3可知．在1个周
期运行初始阶段(0～5h)，氮和磷的去除率迅速同步上升．达
到70％左右，然后缓慢上升，在第15h就达到最大，此后基本
基金项目：山东省自然科学基金项目(ZR2014EEP009)，山东省高等学校科技计划项目(J16LD03)，滨州学院博士科研启动项目(2014Y17)．滨
州学院大学生研究训练计划项目(SRTP2016226)
作者简介：张吉强(1986～)．男．山东淄博人，讲师。博士，主要从事废物处理与资源化研究。

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