............................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................... III 第 1 章 绪 论 ............................................................................................................... 1 1.1 硝基苯废水的特征及危害 ................................................................................. 1 1.1.1 硝基苯的性质. ............................................................................................. 1 1.1.2 硝基苯废水的来源,特点及危害 .............................................................. 2 1.2 硝基苯废水处理技术的研究现状 ..................................................................... 2 1.2.1 物理法. ......................................................................................................... 2 1.2.2 化学法. ......................................................................................................... 5 1.2.3 生物法. ......................................................................................................... 8 1.2.4 电化学-生物耦合技术 ................................................................................ 9 1.3 生物电化学系统的研究现状 ........................................................................... 10 1.3.1 生物电化学系统的提出 ............................................................................ 10 1.3.2 生物电化学系统与生物电化学. ............................................................... 11 1.3.3 BES 的工作原理 ........................................................................................ 12 1.3.4 具有电化学活性的微生物及其电子传递机制. ....................................... 13 1.3.5 利用 BES 去除污染物的研究现状 .......................................................... 17 1.4 本课题的目的和意义及主要内容 ................................................................... 19 1.4.1 课题来源. ................................................................................................... 19 1.4.2 课题的提出. ............................................................................................... 20 1.4.3 研究的目的和意义. ................................................................................... 21 1.4.4 主要研究内容. ........................................................................................... 21 第 2 章 实验材料和方法 ........................................................................................... 23 2.1 技术路线 ........................................................................................................... 23 2.2 实验装置 ........................................................................................................... 24 2.2.1 单极室微生物燃料电池 ............................................................................ 24 2.2.2 双极室微生物燃料电池 ............................................................................ 24 2.2.3 生物电化学系统(BES) .............................................................................. 25 哈尔滨工业大学工学硕士学位报告 2.3 实验仪器和试剂 ............................................................................................... 26 2.3.1 实验仪器. ................................................................................................... 26 2.3.2 培养基配方. ............................................................................................... 26 2.3.3 菌源. ........................................................................................................... 26 2.4 电极材料及其制备方法 ................................................................................... 27 2.4.1 实验中涉及的电极材料 ............................................................................ 27 2.4.2 空气阴极的制备方法. ............................................................................... 27 2.5 测试与分析方法 ............................................................................................... 28 2.5.1 电压在线采集系统. ................................................................................... 28 2.5.2 电化学测试方法. ....................................................................................... 29 2.5.3 硝基苯和苯胺的 HPLC 检测方法............................................................ 31 2.5.4 硝基苯转化过程中间产物质谱分析方法. ............................................... 32 第 3 章 生物阳极的驯化及影响阳极性能的因素分析 ........................................... 33 3.1 生物阳极的驯化 ............................................................................................... 33 3.1.1 MFC 的接种启动及稳定运行 ................................................................... 33 3.1.2 生物阳极驯化效果评价及驯化策略. ....................................................... 35 3.2 影响生物阳极性能的关键因子分析 ............................................................... 41 3.2.1 pH 值的影响 ............................................................................................... 42 3.2.2 温度的影响. ............................................................................................... 44 3.2.3 硝基苯浓度的影响. ................................................................................... 46 3.3 本章小结 ........................................................................................................... 48 第 4 章 BES 阴极对含硝基苯废水处理的研究. ...................................................... 50 4.1 BES 中硝基苯电化学还原基础研究 ............................................................... 51 4.1.1 硝基苯在不同电极材料上的电还原特性. ............................................... 51 4.1.2 生物阳极和非生物阳极条件下 BES 电解硝基苯的比较....................... 53 4.1.3 硝基苯降解过程中电流及阴极电位的变化特征 .................................... 54 4.2 BES 中非生物阴极对硝基苯废水的处理效果 ............................................... 57 4.2.1 不同非生物阴极对硝基苯废水的处理效果比较 .................................... 57 4.2.2 外加电压对非生物阴极处理硝基苯废水的影响 .................................... 60 4.3 BES 中生物阴极对硝基苯废水的处理 ........................................................... 62 4.3.1 硝基苯厌氧降解功能菌群的富集 ............................................................ 62 4.3.2 生物阴极对硝基苯废水的处理效果. ....................................................... 64 哈尔滨工业大学工学硕士学位报告 4.3.3 外加电压对生物阴极处理硝基废水的影响 ............................................ 66 4.3.4 BES 中生物阴极对硝基苯的降解机制探讨 ............................................ 68 4.4 BES 中生物阴阳极协同处理硝基苯废水的可行性探讨................................ 73 4.5 BES 与 MFC 集成系统处理硝基苯废水的展望 ............................................. 74 4.6 本章小结 ........................................................................................................... 77 结论 ............................................................................................................................. 79