硫化物废水底物的微生物燃料电池性能及机理研究

【摘要】硫化物是一种毒性非常强的有害物质，可导致水质恶化，并可腐蚀管道、毒害生物、抑制厌氧消化。含硫化物废水中通常还含有多种简单或复杂形式的共存有机物，其主要来源于化工、采油、造纸、制革等工业废水及生活污水。由于传统的含硫化物废水处理技术存在处理成本高、效率低、不能彻底去除硫元素等问题，因此迫切需要开发高效低耗的新型处理新技术。另一方面，能源耗竭与环境污染成为当今面临的两大难题，在保证污染物有效处理的同时，不耗能甚至产能，成为研究者持续关注的课题。微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化为电能的新型装置，可同步实现污染物的高效去除并产电，逐渐成为水处理领域的研究热点。本研究以模拟含硫化物废水（包括硫化物和葡萄糖、玉米秸秆）作为电子供体，在微生物燃料电池中实现硫化物、有机物的同时去除与同步产电。在成功驯化单室微生物燃料电池的基础上，首先证明微生物燃料电池处理含硫废水的可行性；电池运行稳定后，通过从污染物去除（硫化物、有机物）和电能回收（输出电压、功率密度、库仑效率）两个方面对电池的性能进行评价；结合分子生物学方法，深入分析该共基质系统的生物作用机理；进一步探究不同因素（硫化物浓度、有机物浓度、溶液电导率）对反应器性能的影响，优化提高电池中污染物的去除率和产电功率。研究结果表明，硫化物（100mg/l）和葡萄糖（800mg-COD/l）共基质的微生物燃料电池中，硫化物和COD的去除率分别达到88.7%和81.8%，同时获得最大功率密度为581.4mW/m2。秸秆滤液和硫化物共基质的燃料电池可获得近似较高的最大功率密度（558.7mW/m2）和硫化物去除率（64.9%），但由于秸秆滤液中存在难降解的有机成份，而产生较低的COD去除率（57.3%）。微生物群落分析表明，大量的产电细菌和硫细菌在电池阳极共生，有助于实现高效氧化硫化物和有机物及同步产电。通过控制初始污染物浓度和电导率，可以进一步优化电池的反应条件，实现有效地处理含硫化物废水同时回收电能。本研究为微生物燃料电池处理含硫化物废水提供了可靠地理论分析和实验支持，有助于实现该技术在处理实际废水方面的应用价值。
【作者】张静；
【导师】冯传平；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），生物化学与分子生物学，2014，硕士
【关键词】微生物燃料电池；硫化物；葡萄糖；玉米秸秆；去除率；产电；

【参考文献】
[1]谢金华.基于智能控制策略的切削颤振抑制研究[D].山东大学,机械电子工程,2013,硕士.
[2]万里燕.EZH2在肺癌中表达的病理学意义分析[D].南方医科大学,病理学,2012,硕士.
[3]姜楠.Ⅱ-Ⅵ族硫化物纳米复合材料的制备及其光催化性能研究[D].山东大学,材料学,2013,硕士.
[4]吕雪琦.我国银行体系脆弱性实证研究[D].上海外国语大学,国际贸易学,2012,硕士.
[5]李丁.企业绩效考核的风险与对策研究[D].兰州理工大学,企业管理,2012,硕士.
[6]余金勇.基于MVC的教师教学管理系统的设计和实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[7]季建光.内蒙古自治区农牧区中小学教师教育技术能力状况的调查与分析[D].内蒙古师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[8]赵东林.不同结构形态碳材料的吸波性能研究及其发展趋势[A].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社.第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C].中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、《功能材料》期刊社:,2013:1.
[9]朱婷婷.基于国家主体功能区划的民族地区旅游发展研究[D].西北师范大学,旅游管理,2013,硕士.
[10]刘高潮,崔辰州,郑小平,赵永恒.虚拟天文台教育门户建设构想[J].天文研究与技术.国家天文台台刊,2004,02:133-139.
[11]隗合雨.伴终板硬化的Modic Ⅱ型改变对腰椎椎体间融合术疗效的影响[D].广西医科大学,脊柱骨病外科（专业学位）,2013,硕士.
[12]刘昌海.我国农村能源贫困的制度困境和对策研究[D].西南政法大学,环境与资源保护法学,2012,硕士.
[13]冯振军,杨根科,杜斌,黄可为.炼钢连铸调度的启发式和线性规划两步优化算法[J].冶金自动化,2005,04:18-22.
[14]吴思武.橡胶/纳米碳素复合材料的分散与界面研究[D].华南理工大学,2014.
[15]刘小绮,赵梦鲤,李德军,曹叶,董磊.羧基离子注入石墨烯的血液相容性研究[J].天津师范大学学报(自然科学版),2015,01:20-25.
[16]李传常.矿物基复合储热材料的制备与性能调控[D].中南大学,材料科学与工程,2013,博士.
[17]张新亮.纳米片状结构氧化钨纤维的制备及其电化学性质[D].哈尔滨工业大学,材料学,2013,硕士.
[18]周超.CYP1A1和SULT1A1基因多态性与子宫肌瘤的关联性研究[D].滨州医学院,妇产科学,2011,硕士.
[19]刘冬梅.学科创新能力及其发展策略研究[D].中南大学,高等教育学,2004,硕士.
[20]王金祥.福建省与国内发达省（市）间原始性创新能力的比较研究[D].福州大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[21]苏影.5-8岁儿童基于事实的解释性心理理论的发展研究[D].东北师范大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[22]董江峰.合肥市民营经济发展中的政府行为研究[D].安徽大学,区域经济学,2014,硕士.
[23]徐婉云.人大涉诉信访研究[D].安徽大学,宪法与行政法学,2013,硕士.
[24]原磊.商业模式体系重构[J].中国工业经济,2007,06:70-79.
[25]赵新,金新民,杨捷,吴学智,马伟强,安东.并网逆变器新型不平衡控制方案[J].电工技术学报,2014,S1:257-265.
[26]安娜.面向对外汉语教学的语气副词习得研究[D].西北师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[27]陈袁.短期胰岛素泵强化治疗对初诊2型糖尿病胰岛β细胞功能的影响[D].遵义医学院,内分泌（专业学位）,2013,硕士.
[28]马亚平.金属衬底薄层色散介质的时域有限差分法计算分析[D].南京邮电大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[29]黄伟祥.无锡建设局工程安监及质量信息管理系统[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[30]单海.H大学化工类毕业生三年内职位变动研究[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[31]李有坤.尖晶石型锰酸锂的凝胶燃烧法合成及改性[D].成都理工大学,材料工程,2013,硕士.
[32]包贇.脑干反射对脑创伤长期意识障碍患者的清醒预测及预后评估[D].南方医科大学,神经外科学,2012,硕士.
[33]王玉红.从认知诗学角度解读《船讯》[D].南昌大学,英语语言文学,2012,硕士.
[34]史启超.当代中国农村扶贫工作的战略模式研究[D].吉林大学,马克思主义发展史,2014,硕士.
[35]董振.小组合作阅读教学对小学高年段英语阅读能力影响的研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[36]刘荣荣.马克思的现代性思想及其当代价值[D].东北石油大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[37]马秀丹.A银行网上银行风险管理研究[D].郑州大学,金融（专业学位）,2013,硕士.
[38]涂紫鹏.基于Fluent铝合金真空差压充型形态数值模拟[D].南昌航空大学,航空宇航制造工程,2013,硕士.
[39]徐洋洋.多目标带时间窗的车辆路径问题研究[D].东北大学,系统工程,2011,硕士.
[40]娜仁格日乐.对内蒙古油画风景发展的思考[D].内蒙古师范大学,美术学,2013,硕士.
[41]李家源.改性石墨烯的制备及其太赫兹响应的研究[D].西北大学,2014.
[42]石峰.基于扩展事件图的复杂仿真系统因果追溯分析方法[D].国防科学技术大学,2006.
[43]刘丁,吴雄君,杨延西,辛菁.基于改进变尺度混沌优化的自标定位置视觉伺服[J].自动化学报,2008,06:623-631.
[44]曹坛.拓展我国小额贷款公司融资渠道问题研究[D].河北经贸大学,金融学,2014,硕士.
[45]王耀,屠立.CRM中的信息技术应用与实施[J].机电工程技术,2004,03:29-30+42.
[46]韦丽敏.降解秸秆的白腐真菌的筛选、优化及混菌发酵研究[D].甘肃农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[47]张梦然.基于中国交换生性格对其在交流项目中跨文化经历影响的研究[D].首都师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[48]何秀贵.沈北新区小城镇生态建设问题研究[D].中国农业科学院,农村与区域发展（专业学位）,2012,硕士.
[49]冯淼.中国审计服务企业竞争策略研究[D].山东大学,产业经济学,2013,硕士.
[50]章坚民,姜健宁,沈水明,楼群惠,孙昕.基于采集与分析过程的电网故障信息系统界面设计[J].电力系统自动化,2007,17:65-68.