量子点碳修饰生物阴极提高BC-MFC系统脱氮及产电性能

为提高生物阴极微生物燃料电池系统脱氮及产电性能,提出采用量子点碳对生物阴极微生物燃料电池系统(BC-MFC)的生物阴极(BC)进行修饰,以增加阴极附着面积提高微生物附着量。以脱氮作为首要目标,产电作为次要目标,设计了4组不同类型生物阴极的BC-MFC系统进行实验。结果表明,利用量子点碳对生物阴极进行修饰,能提高系统的脱氮能力,氨氮和总氮去除率最高可达到80%和77%,相比于对照组均提升约10%;系统微生物群落形成更快,启动时间缩短,且系统内阻最高下降24.19Ω,平均下降约23Ω,功率密度最高提升9.42 mW·m^(-3),平均提升6.76 mW·m^(-3);增加了系统的不稳定因素,采用微生物提前挂膜培养和在阴极区域栽种湿地植物的方法可提高系统稳定性。

碳量子点修饰电极对生物挂膜及硝氮还原特性研究

研究了不同制备条件下的碳量子点(CQDs)修饰碳毡电极对微生物挂膜及硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)催化还原性能的影响。通过扫描电镜(SEM)和电化学测试方法对其进行测试,结果表明,CQDs质量浓度为14.4 g/L、碳化时间为24 h时,风干干燥方法制备的CQDs修饰电极具有较大的比表面积和良好的挂膜能力;循环伏安曲线分析结果表明,NO_(3)^(-)离子还原峰位于-0.785~-0.663 V之间,峰值电位和峰值电流较大,NO_(3)^(-)-N的还原性能更强,同时交流阻抗谱也体现了该工况下较小的电荷转移内阻,均为10~18Ω之间。因此,使用CQDs修饰可以提升MFC生物阴极的挂膜能力及NO_(3)^(-)-N的催化还原性能。

电耦合生物滤池的建模、优化和控制

建立电耦合生物滤池(BF-MEC)系统物理模型和数学模型,对系统结构、反应机理和影响因素进行研究,描述了BF-MEC系统生物电化学消耗底物过程.模型参数根据在连续流生物滤池中获得的实验结果进行估计,采用CH_(3)COO^(-)、NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)模拟废水,探究系统最佳电极间距、电极位置、施加电压、HRT和微生物附着量对系统效能的影响,对系统进行优化控制.结果表明:BF-MEC系统最佳电极结构为电极间距100mm,阴极距实验柱出口150mm;污水在系统中水力停留时间>72h时,可使出水污染物满足国家规定中水回用标准;中水水质为一级B类时,将污染物离子全部去除所需施加的最小电压为0.55V;微生物附着量大于50%时,去除率随附着量增大而增大,附着量达到93.75%时,施加较小电压0.25V就可使污水中各离子去除率均大于99%.