《曝氣量對微生物燃料電池脫氮的影響研究》論文發表期刊：《當代化工研究》；發表周期：2021年07期

《曝氣量對微生物燃料電池脫氮的影響研究》論文作者信息：彭一凡（1998-），男，湖北大學知行學院生物與化學工程學院；研究方向：應用化學。

　　摘要：世界在最近幾十年得到飛快的發展，但是世界經濟的增長給地球環境帶來的污染就越嚴重。現在污染最嚴重的是水資源，而水資源也是人類地球最缺乏的資源，這是人類生命的源泉，雖然我們能夠看到大量的水資源，但是它們不都是我們可以直接利用的，有一些是天然形成的，有一些是需要過濾的，有一些是暫時無法使用的，所以，人類的生存和發展中的水資源并不是取之不盡、用之不竭的，加上最近幾十年的污染，導致廢水變得越來越多，現在的微生物燃料電池脫氮技術可以將廢水資源利用起來，這樣就是最大程度的減少能源危機，本文論述的重點就是曝氣量對微生物燃料電池脫氮的影響研究。

　　關鍵詞：能源;曝氣量;微生物燃料電池;脫氮

　　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

　　目前全世界正處于能源和環境的雙重污染危機當中，如何合理的使用技術工藝將廢水當中的能源進行二次利用已經成為當今最熱門的話題。微生物染料電池就是在這樣的時代背景下被提出來的，這是一種能將廢水當中的有機物進行利用的新型生物處理技術，但是這種技術并沒有得到廣泛利用，原因在于該技術目前正處于開發階段，并沒有完全成熟，本文論述的重點就是曝氣量對微生物燃料電池脫氮的影響研究。

　　1，微生物燃料電池脫氮實驗(1)微生物燃料電池的構建

　　本次實驗的著眼點放在了新型微生物技術將化學能轉化成電能上，這個實驗需要制作一個微生物電池作為實驗平臺，首先實驗容器需要采用方便開口的容器，這樣做的目的主要考慮到了微生物電池容器催化劑和溶液之間的接觸，微生物電池陰極放置在開口中，目的是防止水通過可滲透氣體層與空氣接觸，但是這種措施可能不會長期存在，實際的困難在于使用微生物電池。解決方案是干燥涂層，然后加熱涂層，使其冷卻并形成重復循環。為了隱藏三層水和空氣，此過程必須執行三遍。除了敞開的一面，另一面的冷卻還需要使用溶劑和粉末進行粘合，這是為了增加陽極的表面積和性能。通常，陽極元素將使用氧化錫玻璃，這將增強陽極較為行之有效的方式方法。對于該區域，兩者的體積比為1：2，然后在這些鹽酸中浸泡2分鐘，接著是進行干燥，但是在干燥之前，必須先用離子水進行深度和仔細的清洗，這是為了將鐵絲連接到由純銅制成的瓶口架子上，在外部構建起來一個電阻為500的閉環。組裝完成后，該反應器必須分階段通過測試。微生物電池中的電路連接和接種情況將用電子儀器記錄。通常，每半小時記錄一次外部電阻電壓。使用培養環境進行原位處理的基礎通常是使用PBS進行測試，有乙酸鈉可以用作碳源。除了這些，還應添加一些微量元素和礦物質。這是為了使反應器以間歇方式進行。分批模式有替代標準，即，當微生物電池的性能降低時，需要更換其中三分之二的培養基。這樣的方式取代了以往單一化的模式，也有利于研究的進一步探索和開展。

　　(2)外接物種的來源以及其中的用量微生物電池利用的廢水大部分來自工廠，這些工廠在將廢水排放之前就已經使用過一種高標準、專業化的技術處理方法。

　　第一種使用脫氮和除磷技術的高級處理方法，最大程度使廢水在處理后再次達到國家排放標準，微生物脫氮技術則是在這個基礎上進行的。

　　第二種處理方法是使用植被進行處理。這是一種新型的廢水處理方法，通過厭氧消化反應器到達廢水處理廠，然后在循環使用后成為主要的曝氣機，接著過濾掉固體殘渣和沙子，降雨后，可以將浮標和污水排到水池中，進入浮萍塘，重新進入地表則需要30天的降雨才能完成。經過氯處理和反硝化處理后的土壤現在可以適應當地的濕地準備工作。進入濕地植被后，可以使用其池塘過濾系統對其進行過濾，以便與系統中的其他微生物反應。這是一個枯燥、乏味且漫長的過程。通過這兩種不同方法處理的廢水可以去除脫水污泥。

　　通常，污泥中仍然含有大量的水，介于97%到99%之間。經過各種過程的處理后，將會有很多有機物和菌群，但它們不會耐受氯。在這兩種不同條件下采集的污水將用作樣品，并放置在冰箱中以使其保持涼的狀態。這是為了保護設備的耐用性，需要進行冷凍處理，主要原因是消除其他外部因素的影響，因為長期運輸會導致這種廢水的活性有所下降。為了確保它與采樣時間相同，需要以冷卻的形式保持其活性。

　　2，曝氣量對微生物燃料電池脫氮的影響(1)曝氣脫氮對微生物燃料電池的影響曝氣量對于微生物電池脫氮有非常重要的影響，利用曝氣進行微生物電池脫氮需要反應器在持續穩定狀態下運行。這種方法通常僅需40個小時就足夠了。這是我國首創的方法，比其他國家脫氮的方法速度都快，在其他國家或地區基本上需要80多個小時。微生物電池反應器在啟動后將采用分批模式，這可以確保這些反應器正常在運行。但僅在受阻電壓相對較小時能達到理想的使用狀態。這需要更新培養基。每次更新的量約為反應器廢水的三分之二。一旦更換了培養基，需要前后進行對比，只有通過這樣的方式，我們才能認識到廢水的不同，預處理對微生物燃料電池到底有怎樣的影響。兩種不同的方法使用不同的反應器。電化學和廢水處理的理論方法被用于系統地研究發電性能和MFC本質污染物去除效果，并驗證MFC脫氮的可行性。基于此，本文重點探討了發電中反硝化的影響因素和MFC的反硝化效果。研究的主要結果與間歇、連續培養和減毒方法相比，經過連續培養和優化實驗條件后，MFC的初始培養時間從45天壓縮到110小時。

　　(2)曝氣脫氮對于微生物電池輸出功率的影響通常，不同的反應器具有不同的反應效率，大多數反應器的反應在50天后緩慢達到峰值，這與反應器的外部電阻電壓有著十分緊密的聯系。本次實驗是通過構建反應器來進行曝氣對微生物陰極MFC脫氮性能以及微生物群落結構的影響，從而探究短程硝化反硝化的最佳曝氣量。

　　(3)不同污水的微生物菌落對比為了比較接種體群落，有必要建立并測試其DNA，通常，使用幾種平臺對其DNA進行測序，不同的微生物有不同的DNA序列。

　　(4)構建不同的生物群落進行曝氣實驗反應器的輸出功率已達到峰值時間。一旦達到峰值，就必須使用干凈的刀片從玻璃的陽極表面向微生物燃料電池的陽極表面提取氮，為將來的DNA提取做好準備。一旦平臺進行檢測和排序，就可以減少數據造成的影響，得到真實可信的檢測效果。通常，測試應簡化數據。中國與其他國家的廢水處理有很大的不同，用于提取廢水作為接種物的微生物燃料電池是不同的，兩者之間的存儲成本差異很大。這是兩種提取方法產生的兩種不同結果。

　　兩種提取方法之間的具體區別在于，兩個反應器中存在不同的擬桿菌門。在兩個不同的反應器之間，陽極是最好的。但是，與中國的反應器陽極相比，其他國家的陽極都有很多可以改善和提高的空間。

　　針對目前MFC研究存在非常多的問題，本文以曝氣量對微生物燃料電池反硝化的影響為研究的對象，并且已經研究和優化了微生物燃料電池反硝化的使用計劃。使用電化學和廢水處理的方式方法，全方位地研究了MFC的發電性能和去除效果，并驗證了MFC脫氮的可能性。基于此，本文還重點探討了發電中反硝化的影響因素和MFC的反硝化效果。最后得出的結論是：現在在我國的許多地區還沒有使用微生物燃料電池除氮法來進行市政污水的處理，原因在于該技術進入我國的時間比較短，技術水平還沒有成熟，需要改進的地方還有很多，很難大規模的被使用。微生物燃料電池除氮法一般都會使用高負荷生物濾池和生物曝氣濾池兩種工藝，但是這兩種工藝都屬于新的技術，無論理論上還是實際上都還存在很多不足的地方，這都限制微生物燃料電池除氮法在我國市政污水處理的使用。現在具體存在的工藝問題是如何高負荷和生物濾池工藝進行合理的優化，以及對生物曝氣濾池工藝和沖洗間的關系進行研究，還有就是需要研究出價格更低、設備更加輕便、強度更加高的設備材料，這都是微生物燃料電池除氮法在我國發展的未來方向。

　　要處理好市政污水問題必須要大規模使用微生物燃料電池除氮法，但是這種工藝必須要積極改進，這才可以真正起到實際應用的程度。微生物燃料電池除氮法是否能盡快大規模投入關系到我國城市用水的問題，所以需要各方面給予足夠重視，這將是一種跨時代的方法，可以將人類的能源危機最大程度的解放。

　　3.結語

　　水資源是現在地球上最缺乏的資源之一，對于我國這樣人口眾多的國家更是如此，廢水再次利用是現在必須要重視的問題，其中微生物脫氮是現在處理廢水污染問題的最優方案，但是這種技術依然存在其不成熟的一面，例如理論和技術都存在其中的缺點，但是相信通過我國研究人員的開發研究，一定可以突破這種技術難關，將微生物燃料電池脫氮應用到實際中的污染水處理問題上，達到凈化市政水資源的效果，如果這種技術可以得到廣泛使用，人類的資源問題就可以得到進一步的解決，這可以緩和環境與人類之間的矛盾。

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