论文总字数：25961字

摘 要

集约式养殖模式的普遍化、工业废水和生活污水的乱排乱放，使得湖泊、河流水体和底泥都受到了严重的污染，传统的修复技术存在着较大的弊端，本研究拟构建一种耦合浮床的新型生物电化学系统，处理难降解有机污染物多环芳烃，实现了降解多环芳烃同时产电的效果。本研究主要探究耦合浮床对系统去除水体及底泥中污染物的影响，并尝试从原理上分析耦合浮床能促进多环芳烃降解的原因。

研究表明：1）系统对底泥中多环芳烃、氨氮的去除率由高到低依次为：有活性炭且种有菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭但无菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;没有耦合浮床的生物电化学系统。2）系统对底泥中硝态氮、硫酸根的去除率由高到低依次为： 没有耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭但无菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭且种有菖蒲耦合浮床的生物电化学系统。3）系统对上覆水中COD、硝态氮的去除率由高到低依次为：有活性炭且种有菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭但无菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;没有耦合浮床的生物电化学系统。4）系统对上覆水中氨氮的去除率由高到低依次为：没有耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭但无菖蒲耦合浮床的生物电化学系统gt;有活性炭且种有菖蒲耦合浮床的生物电化学系统。

关键词：生物电化学系统，多环芳烃，耦合浮床

ABSTRACT

The generation of intensive fishing model and the disorderly discharge of industrial wastewater and domestic sewage have caused serious pollution of lakes and rivers, traditional repair techniques have many drawbacks. This study intends to construct a novel bioelectrochemical system coupled a floating bed, which treats the polycyclic aromatic hydrocarbons, a kind of refractory organic pollutants. We achieve the effect that the system can degrad polycyclic aromatic hydrocarbons and generate electricity simultaneously. This study mainly explores the effect of coupled floating bed on the removal of pollutants from water and sediment in the system and attempts to analyze the reasons for the coupling of floating bed to promote the degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons.

The results show that: 1) The removal rate of polycyclic aromatic hydrocarbons and ammonia nitrogen in sediments from high to low is: bioelectrochemical system with activated carbon and calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon but no calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system without coupled floating bed. 2) The removal rate of nitrate nitrogen and sulfate in the sediment from high to low is: bioelectrochemical system without coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon but no calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon and calamus-coupled floating bed. 3) The removal rate of COD and nitrate nitrogen in the overlying water from high to low is: bioelectrochemical system with activated carbon and calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon but no calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system without coupled floating bed. 4) The removal rate of ammonia nitrogen in the overlying water system from high to low is: bioelectrochemical system without coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon but no calamus-coupled floating bed gt; bioelectrochemical system with activated carbon and calamus-coupled floating bed.

KEY WORDS: bioelectrochemical system, polycyclic aromatic hydrocarbons, coupled floating bed

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2水产养殖环境污染现状及修复方法 1

1.2.1水产养殖涉及到的各类污染及成因 1

1.2.2水产养殖污染的修复方法 2

1.3微生物燃料电池（MFC） 2

1.3.1微生物燃料电池的构型 2

1.3.2微生物燃料电池产电性能的影响因素 5

1.3.3微生物燃料电池的应用 6

1.3.4微生物燃料电池的局限性 7

1.4本项目的研究目的和研究内容 7

第二章 实验材料及方法 8

2.1实验材料 8

2.1.1实验底泥 8

2.1.2难降解有机污染物 8

2.2实验装置 9

2.3实验设置 10

2.4测定项目及方法 11

2.4.1电化学性能 11

2.4.2底泥中多环芳烃的测定 11

2.4.3常规化学指标 12

2.4.4底泥中挥发性脂肪酸的测定 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1耦合系统的产电性能 14

3.1.1输出电压 14

3.1.2功率密度和极化曲线 15

3.2耦合系统对污染物的去除 16

3.2.1耦合系统对底泥中污染物的去除 16

3.2.2耦合系统对水体中污染物的去除 20

第四章 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第一章 绪论

1.1前言

近年来，中国水产养殖业的发展极为迅速，水产养殖的产量位于世界前列。人们对水产品的需求日益增长，致使集约式养殖越来越普遍，水产养殖逐渐呈现高密度、高产量的特征。很多渔场为了提高养殖效率、降低养殖物病害，提高养殖产量来获得更大的经济效益，往往会向渔场投加过量的饲料。但仅有部分饲料能被消耗，剩下的饲料会残留在养殖水体中，使得水体中的氮、磷等植物营养物增加，促使养殖水体中的微生物大量繁殖。氮、磷及浮游生物的大量增加，会使养殖生物出现病害的情况，为了解决病害的问题，养殖户会向水体中投加各类药物，使水质遭到了破坏。水体中残留的饲料、粪便、激素等会逐渐富集到沉积物中，使养殖底泥受到严重污染^[1]。鱼塘的底泥富集污染物到一定程度后，会威胁底泥的生态系统，且底泥中的污染物有向水体中释放的趋势，可能使水体受到二次污染，破坏水生生态系统。我国经济水平快速提高的同时，产生了大量的生活污水和工业废水，许多污水和废水污染物通过废水直排、渗透等进入到地表水体中，使地表水体和底泥受到类似于鱼塘的污染。对类似于鱼塘水体和底泥中污染物的处理已经刻不容缓^[2]。

目前对于鱼塘底泥的处理最常用的方法是底泥疏浚，但是该种处理方法工程量大、处理成本高，虽有环保疏浚，但是在疏浚过程中底泥中的污染物可能会进入周围环境造成污染。疏浚后的底泥处理也是目前的一大难题，底泥疏浚还会除去大量的底栖生物，破坏水体及底泥生态系统中的食物链，底泥被疏浚后需要几年时间才能重新建立底栖生物群落，这不利于水生生态系统的自我修复。若用化学絮凝法处理鱼塘水体和底泥中的污染物，需不断向水体中投加化学药剂，费用较高，沉渣量大，且脱水困难，其他的物理化学方法都存在较大的缺陷，不适用于目前的鱼塘污染现状。生物-生态组合的方法虽然对鱼塘水体及底泥的修复效果都很好，但是生物-生态组合技术需要根据具体的污染现状选取具体方法，没有较为统一的处理途径，生物-生态组合的技术虽然针对性和实用性强，但是在使用时较为繁琐。因此，研究开发新的低成本、无污染的底泥清洁技术已经成为相关领域研究者的研究热点。

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