IVCW-MSC污水净化并同步产电长效运行机制研究

批准号:
51308530
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
肖恩荣
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
武俊梅、张丽萍、张义、马琳、黄福清、陈迪松
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中文摘要
人工湿地(CW)与微生物太阳能电池(MSC)可通过湿地植物、微生物、基质、电极的有机融合实现一体化,形成CW-MSC耦合系统。该系统利用湿地植物光合作用可直接转化太阳能为电能,在污水净化同时回收电能,将成为分散式持续可再生能源发电的一种新模式,具有良好的发展前景。在IVCW-MSC中,IVCW的下行池和上行池分别用作阳极区和阴极区,阳极区种植物,阴极区域不种植物,该结构有助于利用植物根系分泌有机物产电并且提高硝酸盐去除率。由于阳极区域的植物根系分泌沉积物与释放氧分别是产生电子和消耗电子的过程,本研究以植物为着手点,研究植物根系泌氧及分泌沉积物对于耦合系统产电与净化的作用与贡献,以及产电过程中湿地植物的生理生态响应。得到这两个过程对耦合系产电性能的量化模型,探寻长期产电过程中湿地植物的耐受性与生理响应机制,形成水质要求和产电性能多目标的植物选配方式,为IVCW-MSC长效运行提供理论支持。
英文摘要
The constructed wetland and microbial solar cell could be combined to form a new coupling system by the corporate process of wetland plant,microbe,substrate and electrode. This coupling system is able to directly transfer solar energy to electrical energy through the macrophytes photosynthesis, simultaneously purify wastewater and generate electrical energy. The coupling system would become a new mode for distributed and sustainable renewable energy generation and get a good prospect. In the IVCW-MSC, the down-flow chamber and up-flow chamber are able to be used for anode area and cathode area respectively. And in the anode the macrophytes are planted, while no plants in the cathode. Such structure is helpful for utilizing the rhizhodeposits to generate electric and improving the removal of the nitrate in the cathode. The rhizhodeposits in the anode could generate electron by the Electro-chemically active bacteria. The Root Oxygen Loss would consume the electron. Such two contrary process would be focused on and researched in order to discovery the effects and contribution on the electrical generation. Furthermore, the plant physio-ecology response on the pressure of electric current and voltage also should be investigated. By the two aspects of research, it is expected to obtain a quantitative model to predict the power output, to seek the physio-ecology response mechanism during the long-term electrical generation and to form the method of plant choice in different effluent and electrical generation, which could provide theoretical support for the long time operation of IVCW-MSC.
人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统将湿地植物、微生物、基质、电极等要素有机融合,在污水净化的同时回收电能;作为环境友好型技术,其低廉的成本以及资源回收特性,具有良好的发展前景。本项目以明确耦合系统净化污水并同步产电机制为目标,系统考察植物种、电极位置等因素对于耦合系统长效运行的影响,以及外加电源对耦合系统净化功能的强化。在湿地植物的耐受性与生理响应机制方面,系统考察了不同湿地植物在CW-MFC系统中的产电情况以及生理生态指标变化,筛选出对微电流环境适应较快且产电能力较强的湿地植物种芦竹、美人蕉,其中芦竹的最大功率密度可达到12.824 mW/m2;并以此为基础,考察了不同外加电压条件下,耦合系统中植物的耐受性,明确了芦竹正常生长可承受的外加电压范围为0-3V。同时,对CW-MFC耦合系统电极(阴极、阳极)放置位置进行比选及优化。系统比较了种植美人蕉的CW-MFC耦合系统中设置底部阳极-植物根系阴极、植物根系阳极-空气阴极,系统底部阳极-空气阴极等不同电极位置条件下耦合系统的产电及净化能力,得到美人蕉根系不适宜作为阴极区域,因其根系释氧量不足以作为电子受体,而作为阳极区域时的产电量较低;耦合系统底部阳极-空气阴极的方式可获得最高的产电量。此外,对CW-MFC耦合系统中采用钢渣作为填料同时兼具廉价电极的可行性进行了评估:钢渣、活性炭、石墨毡三种电极材料分别作为阳极填料时,产电电压和对污水中磷的去除率均由大到小依次呈现为:钢渣 > 活性炭 > 石墨毡,其中钢渣阳极的产电电压可达600mV。钢渣作为电极同时作为基质填料在污水的净化并同步产电中极具潜力。再者,通过外加电流可以提高耦合系统的自氧反硝化能力,施加15mA电流时反硝化效率可达到80%左右,主要的自养反硝化菌属为Thiohalophilus和Clostridium sensu stricto。项目研究结果为CW-MFC用于强化污水净化效能同步回收的可行性和实用性提供了有价值的参考。项目成果发表文章4篇,其中SCI收录2篇,EI收录1篇,中文核心1篇,投稿SCI论文2篇;授权发明专利2项,实用新型专利6项,申请发明专利4项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2016
期刊:环境科学与技术
影响因子:--
作者:周银;肖恩荣;许丹;吴振斌
通讯作者:吴振斌
DOI:--
发表时间:2015
期刊:化工学报
影响因子:--
作者:许丹;肖恩荣;徐栋;吴振斌
通讯作者:吴振斌
DOI:10.1002/ep.12481
发表时间:2017-03
期刊:Environmental Progress & Sustainable Energy
影响因子:2.8
作者:Dan Xu;enyi Xiao;Peng Xu;Yin Zhou;Qiaohong Zhou;Dong-ying Xu;Zhenbin Wu
通讯作者:Dan Xu;enyi Xiao;Peng Xu;Yin Zhou;Qiaohong Zhou;Dong-ying Xu;Zhenbin Wu
DOI:10.1016/j.biortech.2016.12.065
发表时间:2017-03
期刊:Bioresource technology
影响因子:11.4
作者:Dan Xu;Enrong Xiao;Peng Xu;Yin Zhou;F. He;Qiaohong Zhou;Dong-ying Xu;Zhenbin Wu
通讯作者:Dan Xu;Enrong Xiao;Peng Xu;Yin Zhou;F. He;Qiaohong Zhou;Dong-ying Xu;Zhenbin Wu
人工湿地多元素耦合循环净化的驱动机制及对温室气体的减排增汇效应
- 批准号:32371712
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:肖恩荣
- 依托单位:
国内基金
海外基金
