微生物燃料电池人工湿地对污水氮降解及产电性能研究

对比分析不同阳极材料构成的微生物燃料电池人工湿地对生活污水中氮的降解作用和产电性能的影响,为更有效地处理生活污水提供基础。2023年9-10月构建以活性炭、锰矿、黄铁矿为阳极的3种微生物燃料电池人工湿地,通过分析污水净化效果、装置产电性能以及微生物群落结构来研究其在处理秦皇岛北戴河团林污水处理厂实际污水中氮降解及产电性能。结果显示:针对去除有机氮为主的生活污水,与活性炭燃料电池人工湿地(CW-MFC)相比,黄铁矿燃料电池人工湿地(PCW-MFC)对总氮和有机氮的去除效率提高了29.64%和35.60%,锰矿燃料电池人工湿地(MCW-MFC)对总氮和有机氮的去除效率分别提高了12.83%、18.32%;对于NH4+-N的去除,PCW-MFC去除效率比CW-MFC高19.61%,可能黄铁矿发生铁氧化还原循环进而促进硝化作用;锰矿促进了对NO_(3)^(-)-N的去除,去除效率比CW-MFC高25.02%,可能是锰氧化物发生氧化还原反应促进电子转移增强了反硝化作用。PCW-MFC在整个试验阶段产生的平均电压和最大功率密度都高于CW-MFC,说明黄铁矿在微生物燃料电池人工湿地系统中起到较好的导体作用。研究结果表明增加阳极填料的电子循环作用,可以有效提高微生物燃料电池人工湿地对生活污水的处理效果。

复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统产电性能和水质净化

人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)是两种具有潜力的环境技术,用于水污染治理和可再生能源生产。目前大部分研究主要针对上流式人工湿地-微生物燃料电池进行探索,很难用到实际的人工湿地上。主要以垂直流人工湿地为研究对象,研究复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的产电性能和水质净化作用。结果表明,在相同的垂直流CW-MFC系统中,产电性能和水体污染物的含量有一定的关系;在模拟自然的水流情况下,CW-MFC1阳极生物氧化产生的质子和电子迁移至CW-MFC2的阴极也能同其电子受体发生氧化还原反应,从而产生电压电流,且其电压高于单一垂直流CW-MFC系统;模拟自然情况下的CW-MFC系统对各项水质指标的去除都有不错的去除效果,其中磷酸盐和总磷的去除率为97.5%和97.9%,氨氮和总氮的去除率为86.4%和66%,COD去除率最低为36.5%,表明复合垂直流CW-MFC系统对水体污染物的去除起明显的效果。

生物栅-复合人工湿地系统对黑臭河水的中试处理

针对黑臭河水溶解氧极低、有机物污染重的特点,充分利用生物栅技术和人工湿地技术组合而成生物栅-复合人工湿地系统（BFG-IVCWs）,来净化黑臭河水降低COD等污染物质。试验结果表明：软性填料槽对COD的去除率为30%-40%,人工湿地对COD的去除率保持在45%,梭鱼草及蜂巢石对COD去除效果明显。该系统运行期间TP去除率为58.13%-83.25%,对TN去除效果初期较好,达到58.14%。

人工湿地微生物燃料电池强化脱氮研究进展

综述了氮素的去除机理和转移规律,从反应器构型和流态上总结了各种配置方式的特点和优缺点。介绍了微生物、植物、基质和电极等要素对系统脱氮的影响,归纳了温度、季节、水力停留时间、pH、碳氮比、溶解氧等运行参数变化对系统的作用。为人工湿地微生物燃料电池技术未来的发展和应用提供理论支持和研究方向。

微生物燃料电池型人工湿地去除抗生素的效能研究

考察了微生物燃料电池型人工湿地(MFC-CW)系统对不同浓度抗生素的去除效果和产电特性,以及不同共基质浓度对去除抗生素和产电的影响.结果表明,系统对磺胺甲恶唑(SMX)和四环素(TC)的去除分别以微生物降解和吸附为主.四环素具有较强的极性,进入系统后能够立即被填料稳定吸附.磺胺甲恶唑易随水流动,更容易被微生物降解.进水抗生素浓度越高,出水浓度越高,系统开路电压越低.同时,进水共基质浓度也影响MFC-CW对抗生素的去除效率和产电能力.随着系统共基质浓度的增加,系统开路电压和系统内阻逐渐增大,而系统库伦效率逐渐下降.由此表明进水抗生素浓度和共基质浓度都应控制在一定范围内,才能使系统在产电、抗生素降解方面达到优化平衡.

人工湿地-微生物燃料电池性能优化研究进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)在提高传统人工湿地污染物去除能力的同时,还具有绿色产电的优势。在介绍CW-MFC工作机理的基础上梳理了该技术自诞生以来在污水处理和发电性能优化方面的研究历程。着重论述了系统的构造因子(电极材料及配置、分隔层、基质、植物、微生物)和运行条件(污水性质、有机负荷、水力停留时间、溶解氧、温度)的选择,指出该系统需要提高其氧化还原梯度,营造适合产电微生物扩繁的环境。在污染物处理方面该系统表现出较大的潜力,但其处理机理及后续生态风险防控还需深入研究。在未来应用阶段,可通过电化学手段进一步提高污染物去除效果,同时,利用自产电开发监测水质状况的生物传感器有着巨大的发展前景。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统构造条件优化

该文以菖蒲为湿地植物构建垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC),并将其应用于农药阿特拉津的降解,且基于响应面法优化系统构造条件。结果表明,响应模型可靠,拟合度较好,对阿特拉津去除率影响电极板占比>电极板间距>外接电阻。CW-MFC最优构造条件为电极板占比0.33、电极板间距20.89 cm、外接电阻987.1Ω。最优构造条件下CW-MFC的COD、TN、TP及阿特拉津去除率为93.8%、62.9%、96.3%和94.7%;电压、电流密度、功率密度及库伦效率为248.77 mV、0.08 mA/m^(2)、22.9 mW/m^(2)和0.243%。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统对农药处理效能的研究

本文构建了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统处理以阿特拉津为代表的农药,以了解该系统的农药处理效能及处理机理.结果显示,该系统对阿特拉津具有较好的处理性能.当阿特拉津浓度小于4mg/L时,系统的处理性能稳定保持在85%以上;当阿特拉津浓度为4mg/L时,系统产电性能最优,此时,系统输出平均日电压,最大功率密度及电流密度分别为284.4mV、19.64mW/m^(3)及46.09mA/m^(3).农药对系统微生物多样性的影响显著,而对微生物基因功能的影响不显著,对系统菌属的影响小于电场.系统优势菌门有变形菌门,优势电化学活性菌门有拟杆菌门和厚壁菌门;而降解农药优势菌门有放线菌门,优势菌纲有Alphaproteobacteria与Actinobacteria,优势菌属有Christensenellaceae_R-7_group.

人工湿地微生物燃料电池对典型PPCPs的去除研究

医药品和个人护理品(PPCPs)是一类生物蓄积性强且难降解的化学物质,并能够随着自然界的物质循环不断迁移和转化,侵入自然水体并对动物和人类健康造成潜在威胁。以布洛芬(IBP)和双氯芬酸(DCF)为典型的PPCPs,探究CW-MFC装置对PPCPs的去除效果,并以葡萄糖(Glu)、蔗糖(Suc)、醋酸钠(Sa)3种不同有机物作为碳源与PPCPs进行共代谢处理。结果表明:稳定运行的CWMFC装置对IBP和DCF的去除率分别为95.02%和86.41%。IBP的添加对污水处理效能没有明显影响,而DCF对系统的净化效果起到了一定阻碍作用。共基质种类的不同对IBP和DCF的去除有影响,Sa和Suc由于其被微生物利用的难易程度的不同,对PPCPs和COD的去除都有不利的影响,以Glu作为碳源时,污染物的去除效果最佳。

人工湿地-微生物燃料电池处理废水的研究进展

介绍了人工湿地-微生物燃料电池系统的脱氮原理、净化多类废水(含铬废水、含酚废水、高盐度废水、抗生素废水及含氮废水等)的效能,总结利用人工湿地-微生物燃料电池的方法处理这几种废水的研究现状,并分析了影响人工湿地-微生物燃料电池处理效率的因素(水力停留时间、湿地植物与微生物、电极和温度等),最后分析其产电特征以期为人工湿地-微生物燃料电池系统在处理废水的应用中提供参考。

生物塘——人工湿地处理制浆造纸废水工程实践

生物化学法处理草浆造纸废水已被科学家广泛认同并付诸实践。该文介绍了针对亚铵法制浆造纸废水,采用物理化学法作为前处理使部分废水资源化,剩余废水经过生物塘-人工湿地处理的工程实践,认为该项技术工艺具有先进性和实用性,并可取得良好社会、经济、环境效益。

植物对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统去污及产电性能的影响

介绍了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的分类,湿地植物对去除污染物和产电性能的有利影响和不利影响,以及CW-MFC植物的选择,并提出了进一步研究的方向。

生物接触氧化法-人工湿地处理常低温生活污水

采用生物接触氧化法(BCO)-人工湿地组合工艺处理常低温生活污水,当BCO的气水比为7∶1、回流比为100%、人工湿地的水力停留时间(HRT)为9 h,人工湿地的水力负荷(HLR)为3. 65 m3/(m2/d)时,在常温下(22~27℃),组合工艺出水COD、NH_4^+—N、TN和PO_4^(3-)—P分别为14. 60、1. 40、12. 70和0. 43 mg/L,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准;而低温下(7~12℃),组合工艺出水COD、NH_4^+—N、TN和PO_4^(3-)—P分别为29. 60、9. 90、19. 90和0. 88 mg/L。保持气水比和回流比不变,控制低温下BCO的HRT为12 h,人工湿地的HLR为2. 74 m3/(m2/d)时,组合工艺出水COD、NH_4^+—N、TN和PO_4^(3-)—P为18. 40、6. 17、14. 17和0. 66 mg/L,去除率分别为90. 60%、87. 80%、75. 40%和85. 30%。结果表明:常、低温下该组合工艺均能够实现污染物的良好去除,为实际工程应用提供参考。

人工湿地微生物燃料电池处理海水淡化浓盐水研究进展

综述了人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)处理浓盐水的研究现状,分析了植物、微生物、电极、基质及运行环境等对CW-MFC处理效果的影响,总结了CW-MFC处理海水淡化浓盐水当前存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

生物膜强化人工湿地处理城镇污水机理分析

在当今的城镇经济发展中,污水问题已经受到了越来越多人的关注。而在城镇污水处理中,生物膜强化人工湿地处理技术是一项重要的处理技术。为实现该处理技术的良好应用,本文对其处理机理进行了分析,以此来为生物膜强化人工湿地处理技术的应用和城镇污水处理质量的保障提供科学参考。

微生物燃料电池型人工湿地去除四环素机理研究

四环素是一种重要的抗生素,广泛存在于自然水体中,对环境造成潜在危害。本文采用人工湿地(Constructed Wetland, CW)和微生物燃料电池型人工湿地(Microbial fuel cell -Constructed Wetland,MFC-CW)两种方式对四环素进行去除,试验结果显示:当MFC-CW运行稳定后,测定其电压为561±10 mV,并且持续保持稳定状态。最大功率密度为0.0572 W/m 2,对应电流密度为0.2675 mA/m 2,MFC-CW内阻为395.3Ω。CW和MFC-CW对COD Cr 去除率为别为85.1%和90.41%,出水中四环素浓度为分别为0.87~3.92 μg/L和 0.31~0.91 μg/L, MFC- CW较CW而言具有更高的污染物去除效能。

快速渗滤和生物湿地综合系统处理农村生活污水的季节性运行效果分析

【目的】研究快速渗滤和生物湿地综合系统处理农村生活污水的季节性运行效果,为推广适宜农村地区的新型污水治理技术和方法提供参考和依据。【方法】在试区建立快速渗滤和人工生物湿地相连接的系统,分别按不同季节开展水质净化试验,将农村污水放入系统中,经由渗滤池和生物塘进行逐级处理,同时采集各环节的水样,测其总氮、总磷和化学需氧量的浓度,并与试验前的水质相比较,计算污染物的去除率,分析系统对农村生活污水的季节性去除效果。【结果】快速渗滤和生物湿地综合系统在试验期间对农村生活污水各种污染物均有较大的去除作用,在季节上其去除效果夏、秋季优于春、冬季,COD、TN、TP的去除率均在夏季最高,分别为92.2%、87.0%和85.9%,冬季相对较低,但也达到81.8%、76.1%、70.4%的去除水平。【结论】快速渗滤和生物湿地相结合的系统在各季节内均能正常运行,并有效去除各种污染物,在治理和修复农村生活污水方面具有良好的推广和应用前景。

“垂直流人工湿地”技术在中水回用工程中的应用实例

结合垂直流人工湿地在中水回用中的应用实例,介绍预埋微生物垂直流人工湿地的原理、特点、设计参数,为人工湿地处理技术的推广应用提供参考。

影响人工湿地燃料电池净水效果的因素和应用

人工湿地因为构建成本低、管理费用小、能源消耗低等优势而广泛应用于生活污水、河道生态及工业废水的治理。

黄铁矿基MFC-CW耦合系统反硝化动力学研究

研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理。结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662—0.7744 g/(m^(2)·d)]。实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导。