微生物燃料电池处理肠衣废水特性研究

采用单室空气阴极微生物燃料电池处理肠衣废水,考察了其产电特性及废水处理效果.结果表明,实验条件下,微生物燃料电池能够在降解肠衣废水的同时产电.污水稀释比为1∶1到4∶1时,微生物燃料电池的产电性能和水处理效果较为理想,其输出电压可稳定维持在0.2V左右,COD处理效率可达83%以上,氨氮处理效率高于97%且处理较为彻底,污水中主要有机污染物蛋白质的去除率均可达75%以上.这些结果证明了微生物燃料电池降解肠衣废水并同步产电的可行性.     

pH值对猪粪废水微生物燃料电池产电性能的影响

构建了以布阴极组为空气阴极的单室微生物燃料电池,并将其应用于猪粪废水的处理与产电.重点考察了阳极液pH值对猪粪废水处理和产电性能的影响.结果表明,阳极液pH=10时MFC的产电和废水处理性能最佳,输出功率密度达到2.10W/m3,与阳极液pH=6和pH=8时的电池相比,输出功率分别提高约2.7倍和1.9倍.同时,阳极液pH=10时,COD去除率和氨氮去除率也分别达到86.7%和92.8%,比阳极液pH=6和pH=8时MFC的COD去除率提高了约13.8%和6.7%;氨氮去除率提高了约5.3%和3.5%.本研究表明,调控阳极液pH值能够有效强化猪粪废水处理和产电,为猪粪废水资源化处理提供了一条新途径.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

MFC技术处理铜、银重金属废水的研究

将具有氧化性的有机废水池作为电池的阳极,具有还原性的重金属废水池作为电池的阴极,利用微生物燃料电池(MFC)同时处理有机废水和重金属废水.结果表明,利用铜离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.277 V,最大功率密度为33.49 mW/m2,COD的去除率为31.6%,铜的去除率可达42%;利用银离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.311 V,最大功率密度为42.21 mW/m2,COD的去除率为64.6%,银的去除率可达78%.即不管是从产电角度还是从废水处理角度考虑,都是以银离子废水作阴极优于铜离子.     

MnO_2@graphene为阴极催化剂的微生物燃料电池产电性能研究

以碳布为阴阳极材料,乙酸钠为底物,MnO_2@graphene为阴极催化剂构建空气阴极单室微生物燃料电池(MFC),研究了阳极液pH、阳极底物初始COD浓度、MFC运行温度等因素对MFC输出电压和产电功率的影响﹒研究结果表明,阳极液pH对MFC产电性能影响最大,而阳极底物初始COD浓度影响最小﹒在阳极液pH为8、MFC运行温度为308 K和阳极底物初始COD浓度为800 mg/L时MFC的产电性能和污水处理最佳﹒在此条件下,MFC对污水中COD的降解率可达98.4%,输出电压和产电功率密度分别可达0.813 V和2 046.9mW/m~2,说明以MnO_2@graphene为阴极催化剂的MFC具有较好的产电性能和污水处理效能﹒     

温度和搅拌对微生物燃料电池性能的影响研究

通过改变温度和阳极室搅拌速率等条件运行双室MFC,分析了电池在不同条件下的产电效果、污染去除效率和库仑效率。结果表明:随着温度的增加,MFC的产电效果、阴极液Cu2+的去除率以及阳极液COD降解率越来越差;阳极室的搅拌降低了MFC的产电性能和阴极液Cu2+的去除率,但提高了COD的降解效率。搅拌会降低MFC的库仑效率,搅拌速率越高,库仑效率越低;而温度对库仑效率的影响不大。     

典型酚类有毒废水的生物电化学降解及产电性能研究

通过构建单室型微生物燃料电池,比较了以1 000 mg/L葡萄糖为单一燃料和100 mg/L苯酚+1 000mg/L葡萄糖混合时MFC的产电性能及阳极生物膜形态.结果表明,当以葡萄糖为单一燃料时,最大输出电压为486mV,对应的库伦效率和最大功率密度为30.54%和332.35 mW·m^-2,COD去除率为90.97%.混合燃料时出现先升高再降低的趋势,体积比为50∶50时,最大输出电压为381 mV,库伦效率和功率密度为34.75%和204.26 mW·m^-2,COD去除率为88.34% .通过对SEM的分析推断在链球菌为降解葡萄糖的优势菌群,短杆菌则为降解苯酚的主要微生物,其数量多少与产电性能有直接影响.实验说明,苯酚可以作为MFC的底物产电,能被MFC中的产电混合菌有效降解.     

城市垃圾渗滤液的微生物燃料电池产电研究

以城市垃圾处理厂垃圾堆放7天过程中产生的渗滤液为阳极液,构建单室微生物燃料电池(MFCs).通过跟踪观察MFCs启动及阳极微生物驯化过程发现,此类高浓度的有机废水用于MFCs产电时可获得4501.9mW/m3的最大输出功率密度,对应电流密度为30.6A/m3,而通过循环伏安扫描和内阻测定发现,在此溶液环境中阳极电极上有成型生物膜形成,且电池内阻未发生变化,说明渗滤液成分对电池性能无显著损害,渗滤液可用于MFCs产电.随后,通过在线监测MFCs输出电压和分析渗滤液相应指标等方法研究电池产电性能及废水处理效果(生化需氧量、氨氮),进行进一步条件优化.结果表明,当渗滤液呈中性、BOD浓度约为7316.1mg/L时电池的性能最优.此时,最大输出功率密度为9048.0mW/m3,对应电流密度为43.1A/m3,BOD和NH4+-N去除率分别为88.8%和81.7%.而运行时间优化实验表明,运行10—12d最优,此时,MFCs输出电压已降至约90.8±10mV,BOD、NH4+-N去除率达98.0%、89.1%     

微生物燃料电池性能优化及微生物分析

为了进一步提高微生物燃料电池的运行性能,提高硝酸盐降解率及改善电能输出情况,以城镇污水处理厂二沉池污泥为接种源,硝酸钠为电子受体运行典型单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)。以1g/L无水乙酸钠、50 mmol/L磷酸盐缓冲液为模拟废水成功启动MFC,运行稳定后,通过碳源、碳氮比(C/N)、硝酸盐浓度、温度4个因素来优化MFC运行性能。实验结果表明:在温度为30℃、无水乙酸钠为碳源、C/N=5∶1、硝酸盐质量浓度为200mg/L时MFC运行性能最佳,硝酸盐去除率均可达到90%以上,最大电压可达到0.462V。最佳状态下经6个周期运行,MFC最高电压为0.62V,功率密度高达4.53 W/m2;交流阻抗分析最佳运行状态下MFC内阻为130Ω,扫描电镜观察到电极表面微生物种类及数量均明显增多。研究证明MFC可以作为含硝酸盐废水产能净化的有效技术。     

利用淡水微藻对畜禽养殖废水的实验研究

以不同浓度的畜禽养殖废水为对象,研究藻菌体系对废水中的NH4+-N、TP和COD的去除效果。结果表明:藻菌体系对不同浓度的畜禽养殖废水的处理效果不同,当废水中NH4+-N、TP和COD浓度分别小于44.4 mg/L、6.4 mg/L和500 mg/L时,藻菌微生物的生长速度快、生物量大,对废水处理效果好;当处理时间为6 d时,NH4+-N、TP和COD的去除率分别大于90%、84%和80%,该实验结果为构建高效藻类塘提供理论依据。     

微生物燃料电池中盐桥连接的探讨

文章介绍了微生物燃料电池(MFC)的结构,对原有的通过质子交换膜连接的结构进行改良,并且对分体式微生物燃料电池的盐桥了进行研究,分析盐桥的孔径对整个微生物燃料电池体系产能和清洁2个方面的影响.实验结果证明了盐桥用于MFC降解污水是可行的,并且其截面积的增加对系统的产电和COD的降解均有促进作用.     

微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究

使用响应曲面法, 对单室微生物燃料电池去除五价钒的运行条件进行分析和优化。采用乙酸钠作为单室微生物燃料电池的碳源, 探讨钒初始浓度、COD初始浓度和电解液电导率对五价钒去除率的影响, 三因素三水平的响应曲面分析结果表明, 五价钒初始浓度对五价钒去除率的影响最显著, 其次为 COD 初始浓度, 最后是电解液电导率。利用响应曲面法得到最优实验条件: 五价钒初始浓度为75.44 mg/L, COD初始浓度为1007.48 mg/L, 电导率为11.98 mS/cm, 此时可获得五价钒的最大理论去除率80.31%。验证实验的结果证实了该优化方法的可靠性。研究成果可以促进微生物燃料电池技术在治理钒污染地下水领域的实际应用。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

以垃圾渗滤液为燃料的微生物燃料电池产电性能

以吉林省四平市某垃圾场渗滤液为燃料, 纯钛板为负载微生物阳极和阴极, 用盐桥转移电子方式组建双室微生物燃料电池(DCMFC). 研究阴极室溶液电子受体质量浓度、 pH值、 温度等因素对输出功率密度、 开路电压、 内阻等电池性能的影响, 并考察了对垃圾渗滤液的处理效果. 实验结果表明, 阴极溶液以1.0 g/L双氧水为电子受体, 在pH=2.5、 ρ(硫酸钠)=0.5 g/L、 温度约为30 ℃的最佳实验条件下, 该微生物燃料电池的输出功率密度达12.074 W/m², 开路电压为1.13 V, 内阻为76.868 Ω. 经过连续30 d的运行, 垃圾渗滤液化学需氧量(COD)去除率达95%, 表明选择恰当的阴极室溶液能提高微生物燃料电池的产电性能.     

单室直接微生物燃料电池性能影响因素分析

利用构建的单室微生物燃料电池,进行了阴极板中铁离子浓度、阳极底物、底物浓度及阳极板面积对单室直接微生物燃料电池性能影响的研究.结果表明:在其它条件相同的情况下,随着阴极电极板中Fe3 含量的增加,电池负载输出电压随之提高;不同底物的阳极反应,随着产生的电子和质子数的提高,电量随之增大;输出电压亦随底物浓度的增加而提高,但底物葡萄糖的浓度饱和值为0.72g/L;增加阳极板数量加大阳极比表面积,更多的微生物吸附在阳极电极上传递电子,电池输出电压与阳极板数量不成倍数关系.此研究为单室微生物燃料电池的应用提供了理论依据.     

pH对腐熟蓝藻微生物燃料电池产电性能的影响

采用双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)装置,以腐熟蓝藻为阳极基质,以氧气为阴极电子受体,考察阳极基质初始pH对MFC产电性能和腐熟蓝藻降解效果的影响。研究结果表明:阳极基质为弱碱性时,可提高电子传递效率,有利于MFC产电。初始pH为8时,MFC最大输出功率密度为3.83 m W/m2,分别是初始pH为6,7和9时的1.46倍、1.18倍和1.58倍,并且pH为8时,COD的去除率达到89.8%。在稳定产电期间,由于阳极H+向阴极迁移的速率高于参与阴极还原反应的消耗速率,导致阴极室内H+积累,使pH持续下降。调控阳极基质pH、提高阴极还原反应速率,在有效降解蓝藻的同时实现电能输出,为蓝藻资源化利用提供了新的途径。     

有效微生物(EM)在中华绒螯蟹养殖中的应用

为探讨有效微生物( EM)对蟹塘水质和螃蟹成活率的改善作用,在南京市高淳区螃蟹文化园开展了EM应用试验研究。试验结果表明：在中华绒螯蟹养殖过程中投加EM,能有效降低水体中污染物的质量浓度,提高螃蟹成活率,但EM投加质量浓度不宜过大。当籽( EM)=1.5 mg/L时,蟹塘水体中NH+4-N、NO-2-N、COD和TP的质量浓度比不投加EM的对照塘降低12.7%~29.2%,螃蟹成活率提高2.4%;籽( EM)=6.0 mg/L时,NH+4-N、COD和TP的质量浓度分别降低1.1%、14.4%、0.03%,而NO-2-N 升高15.6%,螃蟹成活率升高1.0%。由此可见,当 EM 投加质量浓度过高(6.0 mg/L)时,水质指标及成活率改善效果不如EM投加质量浓度较低时(1.5 mg/L),且会引起NO-2-N的累积。     

空气阴极微生物燃料电池处理模拟酸性矿井水的研究

酸性矿井水因pH值低、重金属离子含量高,难以直接采用硫酸盐还原菌生化处理.试验构建了空气阴极微生物燃料电池系统来处理酸性矿井水,有效处理废水H+和重金属离子,同时还能产电.构建的空气阴极微生物燃料电池系统(污泥量40mL,硫酸盐还原菌30mL,阳极材料为碳布,室温)的最大功率密度达到82.24mW/m2,最大电压为332.2mV;硫酸根的最大去除率达到41.6,对Zn2+、Cu2+、Cd2+和Fe2+的去除率分别达到83.7%、77.4%、84.2%和66.8%,化学需氧量的最大去除率达到60.9%.分析认为,空气阴极微生物燃料电池有效处理废水H+,弱化了H2S的生物抑制作用,强化了硫酸盐还原菌还原产生的S2-与重金属离子生成硫化物,并经能谱分析加以验证.     

基于Co/β-Mo2C修饰碳纸阳极的高性能微生物燃料电池

采用热处理辅助的化学法制备了Co/β-Mo₂C双金属碳化物，将其作为微生物燃料电池(MFCs)阳极催化剂. 采用扫描电子显微镜(SEM)，X-射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了形貌和组成，采用电化学交流阻抗(EIS)法、循环伏安(CV)法和单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)研究了其电化学性能. 结果表明:Co/β-Mo₂C具有良好的电催化性能以及出色的微生物相容性. 含有3 mg/cm2 Co/β-Mo₂C的阳极MFC最大输出功率密度和库伦效率分别为483.3 mW/cm2和3.7%，分别是未修饰的碳纸阳极MFC的1.30倍和1.68倍. 该研究可为开发高性能的微生物燃料电池阳极催化材料提供新思路.     

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW12/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW12/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW12/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO4-)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW12/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理.结果 表明,当ClO4-浓度为700 mg/L时,PW12/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO4-平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m3·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW12/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW12/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻.PW12/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能.