曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响研究

《曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响研究》论文发表期刊：《当代化工研究》；发表周期：2021年07期

《曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响研究》论文作者信息：彭一凡（1998-），男，湖北大学知行学院生物与化学工程学院；研究方向：应用化学。

　　摘要：世界在最近几十年得到飞快的发展，但是世界经济的增长给地球环境带来的污染就越严重。现在污染最严重的是水资源，而水资源也是人类地球最缺乏的资源，这是人类生命的源泉，虽然我们能够看到大量的水资源，但是它们不都是我们可以直接利用的，有一些是天然形成的，有一些是需要过滤的，有一些是暂时无法使用的，所以，人类的生存和发展中的水资源并不是取之不尽、用之不竭的，加上最近几十年的污染，导致废水变得越来越多，现在的微生物燃料电池脱氮技术可以将废水资源利用起来，这样就是最大程度的减少能源危机，本文论述的重点就是曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响研究。

　　关键词：能源;曝气量;微生物燃料电池;脱氮

　　Abstract: The world has been developing rapidly in recent decades, but the growth of the world economy has brought more and more serious pollution to the earth's environment. Now the most serious pollution is water resources, and water resources are also the most scarce resources of the human earth, which is the source of human life. Although we can see a lot of water resources, they are not all directly available to us. Some areformed naturally, some need to be filtered, and some are temporarily unavailable. Therefore, the survival and development ofhuman beings are still in a dilemma Mater resources are not inexhaustible and inexhaustible. Coupled with the pollution in recent decades, wastewater becomes more and more Now the microbial fuel cell denitrification technology can make use of wastewater resources, which is to reduce the energy crisis to the greatest extent The focus of this paper is the research on the effect of aeration rate on Microbial fiuel cell denitrification.

　　Key words: energy; aeration rate; microbial fuel cell: denitrification

　　引言

　　目前全世界正处于能源和环境的双重污染危机当中，如何合理的使用技术工艺将废水当中的能源进行二次利用已经成为当今最热门的话题。微生物染料电池就是在这样的时代背景下被提出来的，这是一种能将废水当中的有机物进行利用的新型生物处理技术，但是这种技术并没有得到广泛利用，原因在于该技术目前正处于开发阶段，并没有完全成熟，本文论述的重点就是曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响研究。

　　1，微生物燃料电池脱氮实验(1)微生物燃料电池的构建

　　本次实验的着眼点放在了新型微生物技术将化学能转化成电能上，这个实验需要制作一个微生物电池作为实验平台，首先实验容器需要采用方便开口的容器，这样做的目的主要考虑到了微生物电池容器催化剂和溶液之间的接触，微生物电池阴极放置在开口中，目的是防止水通过可渗透气体层与空气接触，但是这种措施可能不会长期存在，实际的困难在于使用微生物电池。解决方案是干燥涂层，然后加热涂层，使其冷却并形成重复循环。为了隐藏三层水和空气，此过程必须执行三遍。除了敞开的一面，另一面的冷却还需要使用溶剂和粉末进行粘合，这是为了增加阳极的表面积和性能。通常，阳极元素将使用氧化锡玻璃，这将增强阳极较为行之有效的方式方法。对于该区域，两者的体积比为1：2，然后在这些盐酸中浸泡2分钟，接着是进行干燥，但是在干燥之前，必须先用离子水进行深度和仔细的清洗，这是为了将铁丝连接到由纯铜制成的瓶口架子上，在外部构建起来一个电阻为500的闭环。组装完成后，该反应器必须分阶段通过测试。微生物电池中的电路连接和接种情况将用电子仪器记录。通常，每半小时记录一次外部电阻电压。使用培养环境进行原位处理的基础通常是使用PBS进行测试，有乙酸钠可以用作碳源。除了这些，还应添加一些微量元素和矿物质。这是为了使反应器以间歇方式进行。分批模式有替代标准，即，当微生物电池的性能降低时，需要更换其中三分之二的培养基。这样的方式取代了以往单一化的模式，也有利于研究的进一步探索和开展。

　　(2)外接物种的来源以及其中的用量微生物电池利用的废水大部分来自工厂，这些工厂在将废水排放之前就已经使用过一种高标准、专业化的技术处理方法。

　　第一种使用脱氮和除磷技术的高级处理方法，最大程度使废水在处理后再次达到国家排放标准，微生物脱氮技术则是在这个基础上进行的。

　　第二种处理方法是使用植被进行处理。这是一种新型的废水处理方法，通过厌氧消化反应器到达废水处理厂，然后在循环使用后成为主要的曝气机，接着过滤掉固体残渣和沙子，降雨后，可以将浮标和污水排到水池中，进入浮萍塘，重新进入地表则需要30天的降雨才能完成。经过氯处理和反硝化处理后的土壤现在可以适应当地的湿地准备工作。进入湿地植被后，可以使用其池塘过滤系统对其进行过滤，以便与系统中的其他微生物反应。这是一个枯燥、乏味且漫长的过程。通过这两种不同方法处理的废水可以去除脱水污泥。

　　通常，污泥中仍然含有大量的水，介于97%到99%之间。经过各种过程的处理后，将会有很多有机物和菌群，但它们不会耐受氯。在这两种不同条件下采集的污水将用作样品，并放置在冰箱中以使其保持凉的状态。这是为了保护设备的耐用性，需要进行冷冻处理，主要原因是消除其他外部因素的影响，因为长期运输会导致这种废水的活性有所下降。为了确保它与采样时间相同，需要以冷却的形式保持其活性。

　　2，曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响(1)曝气脱氮对微生物燃料电池的影响曝气量对于微生物电池脱氮有非常重要的影响，利用曝气进行微生物电池脱氮需要反应器在持续稳定状态下运行。这种方法通常仅需40个小时就足够了。这是我国首创的方法，比其他国家脱氮的方法速度都快，在其他国家或地区基本上需要80多个小时。微生物电池反应器在启动后将采用分批模式，这可以确保这些反应器正常在运行。但仅在受阻电压相对较小时能达到理想的使用状态。这需要更新培养基。每次更新的量约为反应器废水的三分之二。一旦更换了培养基，需要前后进行对比，只有通过这样的方式，我们才能认识到废水的不同，预处理对微生物燃料电池到底有怎样的影响。两种不同的方法使用不同的反应器。电化学和废水处理的理论方法被用于系统地研究发电性能和MFC本质污染物去除效果，并验证MFC脱氮的可行性。基于此，本文重点探讨了发电中反硝化的影响因素和MFC的反硝化效果。研究的主要结果与间歇、连续培养和减毒方法相比，经过连续培养和优化实验条件后，MFC的初始培养时间从45天压缩到110小时。

　　(2)曝气脱氮对于微生物电池输出功率的影响通常，不同的反应器具有不同的反应效率，大多数反应器的反应在50天后缓慢达到峰值，这与反应器的外部电阻电压有着十分紧密的联系。本次实验是通过构建反应器来进行曝气对微生物阴极MFC脱氮性能以及微生物群落结构的影响，从而探究短程硝化反硝化的最佳曝气量。

　　(3)不同污水的微生物菌落对比为了比较接种体群落，有必要建立并测试其DNA，通常，使用几种平台对其DNA进行测序，不同的微生物有不同的DNA序列。

　　(4)构建不同的生物群落进行曝气实验反应器的输出功率已达到峰值时间。一旦达到峰值，就必须使用干净的刀片从玻璃的阳极表面向微生物燃料电池的阳极表面提取氮，为将来的DNA提取做好准备。一旦平台进行检测和排序，就可以减少数据造成的影响，得到真实可信的检测效果。通常，测试应简化数据。中国与其他国家的废水处理有很大的不同，用于提取废水作为接种物的微生物燃料电池是不同的，两者之间的存储成本差异很大。这是两种提取方法产生的两种不同结果。

　　两种提取方法之间的具体区别在于，两个反应器中存在不同的拟杆菌门。在两个不同的反应器之间，阳极是最好的。但是，与中国的反应器阳极相比，其他国家的阳极都有很多可以改善和提高的空间。

　　针对目前MFC研究存在非常多的问题，本文以曝气量对微生物燃料电池反硝化的影响为研究的对象，并且已经研究和优化了微生物燃料电池反硝化的使用计划。使用电化学和废水处理的方式方法，全方位地研究了MFC的发电性能和去除效果，并验证了MFC脱氮的可能性。基于此，本文还重点探讨了发电中反硝化的影响因素和MFC的反硝化效果。最后得出的结论是：现在在我国的许多地区还没有使用微生物燃料电池除氮法来进行市政污水的处理，原因在于该技术进入我国的时间比较短，技术水平还没有成熟，需要改进的地方还有很多，很难大规模的被使用。微生物燃料电池除氮法一般都会使用高负荷生物滤池和生物曝气滤池两种工艺，但是这两种工艺都属于新的技术，无论理论上还是实际上都还存在很多不足的地方，这都限制微生物燃料电池除氮法在我国市政污水处理的使用。现在具体存在的工艺问题是如何高负荷和生物滤池工艺进行合理的优化，以及对生物曝气滤池工艺和冲洗间的关系进行研究，还有就是需要研究出价格更低、设备更加轻便、强度更加高的设备材料，这都是微生物燃料电池除氮法在我国发展的未来方向。

　　要处理好市政污水问题必须要大规模使用微生物燃料电池除氮法，但是这种工艺必须要积极改进，这才可以真正起到实际应用的程度。微生物燃料电池除氮法是否能尽快大规模投入关系到我国城市用水的问题，所以需要各方面给予足够重视，这将是一种跨时代的方法，可以将人类的能源危机最大程度的解放。

　　3.结语

　　水资源是现在地球上最缺乏的资源之一，对于我国这样人口众多的国家更是如此，废水再次利用是现在必须要重视的问题，其中微生物脱氮是现在处理废水污染问题的最优方案，但是这种技术依然存在其不成熟的一面，例如理论和技术都存在其中的缺点，但是相信通过我国研究人员的开发研究，一定可以突破这种技术难关，将微生物燃料电池脱氮应用到实际中的污染水处理问题上，达到净化市政水资源的效果，如果这种技术可以得到广泛使用，人类的资源问题就可以得到进一步的解决，这可以缓和环境与人类之间的矛盾。

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