聚吡咯覆膜改性电极对氢自养反硝化和产甲烷电极生物膜反应器的影响.docVIP

硕 士 学 位 论 文 电极改性对氢自养反硝化和产甲烷电极生物膜反应器的影响 Effects of Electrode Modification on Hydrogenotrophic Denitrification and Methanogenesis in Biofilm Electrode Reactor 作 者 姓 名： 董媛媛 学科、 专业： 环境工程 学 号： 指 导 教 师： 乔森 副教授 完 成 日 期： 2014 年 5 月 大连理工大学 Dalian University of Technology 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作 者 签 名 ： 日期： 年 月 日 大连理工大学硕士学位论文格式规范 大连理工大学硕士学位论文 -  PAGE 60 - -  PAGE I - 摘 要 电极生物膜法作为将生物膜法和电化学法联合而发展起来的处理技术，近年来越来越受到研究者们的关注。它不仅具有生物膜微生物固定生长且具有较大生物量的特点，而且同样具备电化学电解法高效的氧化还原能力、以及电极与微生物之间具有较高传质速率等优点[1]。随着生物电化学反应器的发展，涉及到生物电化学反应器的电极改性被广泛研究。有研究报道，一些电极改性方法运用到生物电化学反应器中可以达到提高反应器性能的目的。 本论文探究在碳纤维毡电极上利用电化学聚合制备聚吡咯(polypyrole, PPy)的聚合效果，并利用傅里叶变换红外线(Fourier transform infrared, FTIR)及扫描电镜(SEM)对其进行表征；将聚吡咯覆膜改性后的碳纤维毡电极应用到电极生物膜反应器(Biofilm Electrode Reactor, BER)中，考察电极改性对电极生物膜反应器性能的影响???并研究电极改性对生物膜附着量、胞外聚合物成分及生物膜微生物群落的影响。 结果表明，以25 mM AQDS（蒽醌2，6-二磺酸钠）为掺杂剂的恒电压电化学聚合能够在碳纤维电极表面形成均匀稳定的聚吡咯膜，实现聚吡咯在碳纤维毡电极上的覆膜改性。改性后的电极应用到电极生物膜反应器中，可使自养反硝化反应器对NO3--N的去除效率由对照反应器的67.3%增加到83.9%，处理效果提高了24.7%左右；可使产甲烷反应器COD去除率较其对照反应器最高增加约18%，甲烷产气量较其增加了约三倍。 对反应器内电极生物膜进行生物量测定和扫描电镜分析，可以看到R2反应器中改性电极生物膜附着量明显多于R1反应器中未改性电极生物膜的附着量，说明电极改性确实有利于生物膜的附着。生物膜胞外聚合物蛋白质和多糖的测定结果说明，电极改性有助于提高胞外聚合物的含量和蛋白质及多糖的比例从而提高生物膜的活性及其强度和稳定性。 氢自养反硝化电极生物膜微生物16S rDNA分析中R1反应器电极生物膜菌落组成中优势菌属为Dechloromonas sp.，而R2反应器电极生物膜的优势菌为Hydrogenophaga sp.（噬氢菌属）和Thauera sp.（陶厄氏菌属），两者有明显差别，并且R2反应器比R1反应器生物膜的菌落组成更多样化。产甲烷电极生物膜微生物古菌16S rDNA分析中两反应器电极生物膜菌落组成中优势菌属均为Methanosarcina sp.（产甲烷八叠球菌），在R1反应器中的优势菌属其次为Methanobacterium sp.（产甲烷杆菌），在R2反应器中的优势菌属其次为Methanomicrobia sp.（产甲烷微菌），两反应器微生物菌属组成有明显差异。这说明电极材料的改性对电极生物膜微生物群落的组成产生了影响。 关键词：聚吡咯；电极改性；电极生物膜；氢自养反硝化；产甲烷 -  PAGE V