《基於太陽光催化的無碳同步硝化反硝化生物脫氮技術》是依託重慶大學，由徐璇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於太陽光催化的無碳同步硝化反硝化生物脫氮技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐璇
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
水體富營養化問題已經成為世界範圍內的重大環境問題，控制污水中的氮排放迫在眉睫。而城市污水普遍存在的碳源不足問題，極大的限制了現有生物脫氮工藝的處理效率。因此急需研究新的脫氮工藝，解決碳源不足對生物脫氮的限制問題。本項目提出研究基於太陽光催化的無碳同步硝化反硝化生物脫氮技術，採用光催化劑為載體，利用太陽光激發光催化劑，將光催化劑的價帶作為氨氮硝化的電子受體，同時將光催化劑的導帶作為硝酸鹽反硝化的電子供體，通過太陽光-光催化劑-微生物系統的耦合作用，實現無碳源條件下的污水生物脫氮。本項目擬從微觀電子傳遞角度,研究光催化劑同時作為電子受體和電子供體，嵌入生物脫氮電子傳遞鏈的機理和效果。並從巨觀污水處理工藝角度，研究城市污水無碳源生物脫氮工藝的控制條件，力圖為低碳源城市污水脫氮問題提供一條新的解決途徑。
結題摘要
城市污水普遍存在的碳源不足問題，極大的限制了現有生物脫氮工藝的處理效率，急需研究新的脫氮工藝。本項目提出研究基於太陽光催化的無碳同步硝化反硝化生物脫氮技術，採用光催化劑為載體，利用太陽光激發光催化劑，將光催化劑的價帶作為氨氮硝化的電子受體，同時將光催化劑的導帶作為硝酸鹽反硝化的電子供體，通過太陽光-光催化劑-微生物系統的耦合作用，實現無碳源條件下的污水生物脫氮，為低碳源城市污水脫氮問題提供一條新的解決途徑。項目主要研究了：①太陽光回響型光催化劑載體的研製；②基於太陽光光催化的無碳同步硝化反硝化生物脫氮效果及影響因素研究；③系統脫氮機理及長效維持技術研究。用CuO對TiO2光催化劑進行改性，獲得了具有可見光回響特性的CuO/TiO2光催化劑。CuO/TiO2催化劑具有良好的可見光回響性能，其最大激發波長為821nm;改性後催化劑的電子-空穴對複合幾率明顯降低,比表面積從181.3m2/g增加至241.8m2/g。用一步水熱法製備了BiVO4-石墨烯複合材料。石墨烯的加入未改變BiVO4的晶形，減少了BiVO4納米顆粒的團聚，且BiVO4-石墨烯的可見光光催化活性高於BiVO4。CuO/TiO2和BiVO4-石墨烯光催化劑均是潛在的光催化強化微生物燃料電池構建材料。分別採用鍍有二氧化鈦和二氧化矽薄膜的導電玻璃板與微生物燃料電池陽、陰極連線製成了光催化強化微生物燃料電池。研究發現，當系統進水不含有機物時，系統仍有一定的脫氮效果，實現了系統在無氧耗無碳耗條件下完成的能力；當逐漸增加陽極室氨氮濃度以及陰極室硝態氮濃度，系統脫氮效果逐步增加；增加光催化作用後，系統脫氮和產電性能都進一步提升，電流從由0.012mA增加到0.032mA，微生物燃料電池兩級電勢差由20mV增加到了70mV，說明結合光催化作用可以增強系統的電勢，從而增強系統的脫氮和產電效果。本研究表明在系統不存在有機物時，氨氮和光催化激發的電子是反硝化脫氮的電子供體,其電子傳遞過程為：氨氮→硝化細菌→光催化劑價帶→光催化劑導帶→反硝化細菌→硝酸鹽→氮氣。
