湿地型微生物燃料电池的数值模拟和实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yeshen_001
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本文通过构建湿地型微生物燃料电池(Constructed wetland microbial fuel cell,简称:CW-MFC)来研究其净水和产电效能。通过数值模拟得到系统最佳运行参数,指导实验,通过实验研究底物种类、三价铁离子对系统性能的影响,并将CW-MFC与CW做净水性能比较。通过以下研究获得了有价值的结论。构建CW-MFC模型,利用COMSOL Multiphysics软件对系统的瞬态和稳态两种情况进行数值模拟,结果表明:水力停留时间两天,底物浓度为3.9mol/m~3时,底物去除率最高和能量转化效率最高,更符合CW-MFC系统预期。搭建试验台,选取甲醇(C1)、醋酸盐(C2)、葡萄糖(C6)和淀粉(C11)作为底物进行实验,研究底物对CW-MFC性能的影响,结果表明:以醋酸盐为底物CW-MFC表现出最佳的电性能,最大输出电压为148mv,内阻为190?,COD和氨氮去除率分别达到为79.3%和84.2%。通过分析CW-MFC不同位置出口有机物浓度,分析有机底物产能及转化机理,结果表明:CW-MFC系统中有机物浓度从系统的底部到顶部减少,离表面越近,水停留在系统的时间越长,有机底物被微生物分解的也就越充分。在阳极取样点处的COD平均去除率分别为69.5%,66.9%,64.8%和71.2%,所以说在阳极区有机底物大部分被分解消耗。铁离子既能参与导电还能促进微生物生长,本实验进一步研究三价铁对CW-MFC性能影响。结果表明:当添加浓度为200 mg/L的铁离子时,输出电压最高。同时研究也表明:CW-MFC系统比CW系统对于污染物有更高的去除效率。
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