MFC-MEC耦合系统产电性能及处理含镉重金属废水的研究

以厌氧活性污泥为阳极菌种,乙酸钠为阳极底物,硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池(MFC)阴极液,人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池(MEC)阴极液,构建MFC-MEC耦合系统,利用MFC的产电驱动MEC运行,在不消耗外部能源的情况下,实现含镉重金属废水中Cd~(2+)的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明:MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能,但与此同时会造成MFC的内阻升高,随着MFC容积的增加,MEC中Cd~(2+)去除率逐渐增加,但同时MFC阴极Cr6+去除率逐渐下降;MFC堆栈可以提高工作组两端电压,串联时最大输出电压为1509 mV,Cd~(2+)去除率为69.3%;以钛板作为MEC电极时,微生物能有效附着在阳极表面,MFC阳极COD去除率为85%,MEC中Cd~(2+)去除率为51.5%;MEC阴极液pH在3～5时,有利于含镉重金属废水的处理,Cd~(2+)去除率80%以上。经XRD分析,MEC阴极还原产物为CdCO3。     

MFC-MEC耦合系统产电性能及处理含镉重金属废水的研究

以厌氧活性污泥为阳极菌种,乙酸钠为阳极底物,硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池（MFC）阴极液,人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池（MEC）阴极液,构建MFC-MEC耦合系统,利用MFC的产电驱动MEC运行,在不消耗外部能源的情况下,实现含镉重金属废水中Cd²⁺的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明：MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能,但与此同时会造成MFC的内阻升高,随着MFC容积的增加,MEC中Cd²⁺去除率逐渐增加,但同时MFC阴极Cr⁶⁺去除率逐渐下降;MFC堆栈可以提高工作组两端电压,串联时最大输出电压为1509 mV,Cd²⁺去除率为69.3%;以钛板作为MEC电极时,微生物能有效附着在阳极表面,MFC阳极COD去除率为85%,MEC中Cd²⁺去除率为51.5%;MEC阴极液pH在3~5时,有利于含镉重金属废水的处理,Cd²⁺去除率80%以上。经XRD分析,MEC阴极还原产物为CdCO₃。     

双室微生物燃料电池处理有机废水与重金属废水性能研究

采用豆制品废水和中药废水分别作为阳极基质,含镉废水作为阴极电解液,构建连续流双室微生物燃料电池(MFC),考察其对有机废水与重金属废水的处理效果及产能性能。运行数据表明:豆制品废水组可实现最大输出电压和体积功率密度分别为(477±11)mV和(12.5±0.9)W/m,阳极对COD平均去除率为(85.5±2.8)%,阴极对镉离子去除率(84.6±3.8)%;中药废水组最大输出电压和体积功率密度分别为(375±9) m V和(8.7±0.5) W/m~3,阳极对COD平均去除率为(74.2±3.3)%,阴极对镉离子去除率(74.0±4.2)%。这表明MFC采用豆制品废水作为阳极基质具有更高的废水处理效果及产能性能,同时在同步处理有机废水及重金属废水具有一定的可行性。     

单室型无质子膜微生物燃料电池协同去除COD和含氮污染物

分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,以间距180μm(80目)的不锈钢网为电极,构建了单室型无质子交换膜微生物燃料电池(MFC)污水处理系统,厌氧消化菌在阳极附着成膜组成生物阳极氧化去除有机污染物,反硝化菌在阴极附着成膜组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,实现污水深度处理。在电池系统稳定运行期间,最高开路电压为182.5 mV时,COD的去除率为96.5%;NH4+-N和NO3-N的去除率分别高于93.5%和96.7%,出水中NO2-N的含量低于0.072 mg L 1。当阳极室和阴极室分开时,COD、NH4+-N和NO3-N的最大去除率之和分别为67.0%、76.9%和84.0%,均明显低于阳极室和阴极室连通的MFC系统的去除率,这表明该MFC系统具有良好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

阴极液及溶氧对微生物燃料电池性能的影响

研究微生物燃料电池在几种不同阴极液和曝气条件下处理餐饮废水及同步发电的性能。分别对以NaCl、K_3[Fe(CN)_6]和Na Cl+K_3[Fe(CN)_6]三种溶液为阴极液的微生物燃料电池进行了实验运行,对比分析了其产电性能和净水效果;对阴极室曝气和自然复氧两种条件下微生物燃料电池整体性能进行了对比研究。实验结果表明,阴极液和曝气条件的变化会影响微生物燃料电池的发电性能和净水效果。在以NaCl+K_3[Fe(CN)_6]混合液为阴极液且阴极室曝气的条件下,以餐饮废水为底物的微生物燃料电池的废水处理效果和产电能力最佳,相应的食堂原废水的产电电流密度稳态值为8.7m A·m~(-2),COD去除率为46.2%;模拟废水的产电电流密度稳态值为6.84 mA·m~(-2),COD去除率为33.1%。选择合适的阴极液和曝气状态,微生物燃料电池可有效处理餐饮废水并取得良好的发电性能。     

高效双室微生物燃料电池的运行特性

微生物燃料电池(MFC)在产生电流的同时还能处理糖蜜废水和电镀废水,并能从电镀废水中回收金属单质。本实验确定了电镀废水阴极液对双室微生物燃料电池产电性能的影响,阴极液分别采用银离子、铜离子和锌离子溶液作为MFC的阴极液,其初始浓度均配成1000mg/L。结果表明,锌离子作为阴极时MFC的产能效果最不理想,功率密度仅为1.9×10-6mW/m2。阴极为铜离子溶液时,可以获得相对大一些的功率密度(13.9mW/m2)。产能效果最好的是银离子阴极MFC,在电流密度为82.7mA/m2其获得最大功率密度为23.1mW/m2,COD去除率为71%,且其重金属去除率最大(72%),远远高于锌离子和铜离子。研究表明,重金属离子可以作为微生物燃料电池的阴极电子受体,MFC可以将有机废水中的化学能直接转化为电能,同时将重金属还原,具有显著的环境效益和经济效益。     

双极室微生物燃料电池处理不同阳极底物废水的产电研究

为了研究微生物燃料电池(MFC)在不同阳极底物废水条件下的产电效率和废水处理效果。分别以啤酒废水、糖蜜废水和啤酒-糖蜜混合废水作为阳极基质,含银电镀废水作为阴极电子受体,构建了双极室微生物燃料电池。结果表明,3组以糖蜜废水作为阳极基质的MFC产电量和COD去除率最高,啤酒废水次之,啤酒-糖蜜混合废水最低。糖蜜废水作为阳极基质的MFC最高电压和功率密度可达356 m V和36.21 m W/m~2,第3周期时COD去除率达到最高的69.29%,实验结束时阴极Ag~+的质量浓度最低至304 mg/L。不同阳极基质对MFC产电效率和废水处理效果有影响。     

折流板式微生物燃料电池处理含铜废水及其产电性能

实验构建折流板式微生物燃料电池,以模拟有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以模拟含铜废水为阴极液,探讨折流板式MFC对产电性能及废水处理的影响规律。结果表明:当阴极液Cu SO4为5 000 mg/L时,折流板式MFC的产电性能最优,开路电压最高为666 m V,功率密度最大为88.0 m W/m2,电流密度最大为491.7 m A/m2。折流板式MFC能有效处理有机废水和含铜废水,对有机废水COD的去除率最高可达74.9%;对Cu2+的去除率最高可达到95.8%。折流板式MFC可回收铜,阴极板上的沉积物经XRD检测,为Cu2O和单质铜的混合物。     

双槽式MFC反应器在生活污水处理中的应用研究

现有对微生物燃料电池用于污水处理的研究多以模拟污水为原水,侧重对阳极槽的研究,而对实际生活污水的研究和对阴极槽的开发较少。研究考察了双槽式MFC反应器处理实际生活污水的产电性能和运行效果,并与乙酸钠和葡萄糖为基质的模拟废水进行了比较。研究结果表明,阳极使用实际生活污水的最低电极电势可以达到-0.232 V,输出功率密度为8 mW/m2,阳极内阻为52Ω,阳极COD去除率达到50%,pH<0.2。从阳极产电能力、COD去除效果和pH稳定性的比较中可以看出实际生活污水与乙酸钠模拟污水效果接近,好于葡萄糖模拟污水。阳极-阴极串联运行效果表明阴极在14 d左右形成生物阴极,生物阴极能以实际污水为碳源进行生长,此时电池的电动势达到0.848 V,内阻为201Ω,出水COD达到50～55 mg/L。     

MFC处理低浓度焦化废水的试验研究

使用单室空气阴极微生物电池处理焦化废水,以电压、电流密度、功率密度、COD去除率、p H为考察指标,分别用铂、四氧化三铁、二氧化锰作阴极,对比其去除效率和产电能力。实验结果表明,铂阴极的产电能力和废水处理效果最好,开路电压最大值达到521.469 m V。当电流密度为2.4 A/m2时功率密度达到最大值0.195 W/m2,COD去除率为82.9%;二氧化锰阴极MFC效果次之,四氧化三铁阴极MFC的效果最差。     

微生物燃料电池法净化含锌废水研究

初步探讨了用双室微生物燃料电池(MFC)净化含锌废水,同时降解有机废水。试验选用氧化沟厌氧段污泥为阳极底物,采用淀粉配制有机废水,在外接电阻为10Ω的情况下,启动MFC去除阴极室中的Zn2+,降解有机物。结果表明,当阳极室CODCr的初始质量浓度为1 230 mg/L,阴极室Zn2+的质量浓度为1 000 mg/L时,反应6 d后,获得输出电压为25 mV,输出功率为250 mW/m3。在阳极室,溶液CODCr的质量浓度从1 230 mg/L逐渐降解到280 mg/L,CODCr的最大去除率为77.2%;在阴极室,192 h后,Zn2+的去除率为35%。Zn2+的净化与有机物的降解具有关联性。试验也初步证明,微生物燃料电池具有处理含锌废水和有机废水,并同时产电的优势,这将是今后含锌废水处理的一个新的研究领域。     

重铬酸钾和氯酸钾改性阳极对MFC性能的影响

针对微生物燃料电池产电电流密度低等问题,提出重铬酸钾(K_2Cr_2O_7)和氯酸钾(KClO_3)改性阳极提高微生物燃料电池性能的方法。以湖底污泥为阳极底物,糖蜜废水为阳极液,高锰酸钾(KMnO_4)和氯化钠(NaCl)的混合液为阴极液,构建微生物燃料电池实验系统;以K_2Cr_2O_7或KClO_3为电解液,通过电解处理对阳极进行改性。结果表明,采用质量分数为6%的K_2Cr_2O_7溶液对阳极进行改性时,微生物燃料电池系统的产电性能和净水效果达到比较好的状态,其稳态输出电压约为8.5 mV,稳态电流密度为7.9 mA·m~(-2),对糖蜜废水的化学需氧量(COD)去除率约为35.2%。K_2Cr_2O_7或KClO_3改性碳布作为阳极的微生物燃料电池的发电性能和水处理效果均有明显改善。     

微电解-生物膜复合工艺处理含Ba2+机废水

采用微电解-生物膜复合工艺进行了处理含Ba2 有机废水的实验研究.在实验过程中,废水中的有机物由生物膜中的好氧微生物与厌氧微生物菌群作为营养源而消耗;Ba2 通过电沉积去除一部分,另一部分被生物膜吸收而去除.以不锈钢为阴极,石墨为阳极,pH为7.50时,Ba2 平均去除率为54.67%,COD平均去除率为84.91%.两极间的距离影响生化效果及电流密度,电流密度过高影响生化反应.实验结果表明,微电解-生物膜复合工艺可以实现同时降解有机物和去除重金属离子,且效果显著.     

微生物燃料电池同步硝化反硝化脱氮产电研究

构建了三室双阴极MFC系统,对系统同步硝化反硝化脱氮产电性能进行了研究,考察了进水COD、NO-3-N和NH+4-N浓度对系统脱氮产电性能的影响。结果表明,该MFC系统对COD和NH+4-N具有良好的去除效果,去除率分别高达98%和95%以上,反硝化和产电能力受进水COD、NO-3-N和NH+4-N初始浓度的影响较大,NO-3-N最大去除率73.6%,厌氧阳极、缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88,0.74 W/m3和0.59 W/m3,阳极和缺氧阴极的最大库伦效率分别只有27.6%和63%,说明有其他非电化学反应过程的存在。实验结果也表明好氧阴极和缺氧阴极之间存在着对电子的竞争作用,NH+4和电极之间存在着对O2的竞争。     

微生物燃料电池同步硝化反硝化脱氮产电研究

构建了三室双阴极MFC系统,对系统同步硝化反硝化脱氮产电性能进行了研究,考察了进水COD、NO-3-N和NH+4-N浓度对系统脱氮产电性能的影响。结果表明,该MFC系统对COD和NH+4-N具有良好的去除效果,去除率分别高达98%和95%以上,反硝化和产电能力受进水COD、NO-3-N和NH+4-N初始浓度的影响较大,NO-3-N最大去除率73.6%,厌氧阳极、缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88,0.74 W/m3和0.59 W/m3,阳极和缺氧阴极的最大库伦效率分别只有27.6%和63%,说明有其他非电化学反应过程的存在。实验结果也表明好氧阴极和缺氧阴极之间存在着对电子的竞争作用,NH+4和电极之间存在着对O2的竞争。     

微电解-生物膜复合工艺处理含Ba^2＋有机废水

采用微电解-生物膜复合工艺进行了处理含Ba^2＋有机废水的实验研究。在实验过程中，废水中的有机物由生物膜中的好氧微生物与厌氧微生物菌群作为营养源而消耗；Ba^2＋通过电沉积去除一部分，另一部分被生物膜吸收而去除。以不锈钢为阴极，石墨为阳极，pH为7．50时，Ba^2＋平均去除率为54．67％，COD平均去除率为84．91％。两极问的距离影响生化效果及电流密度，电流密度过高影响生化反应。实验结果表明，微电解-生物膜复合工艺可以实现同时降解有机物和去除重金属离子，且效果显著。     

樊立萍1,*,温越霄1,2

为提高微生物燃料电池(MFC)的废水处理效果和发电性能,制备了一种海藻酸钠-聚季铵盐11/碳毡(SA-PQ-11/CF)阳极,分别以制药废水和糖蜜废水为阳极液,以碳毡为阴极,构建微生物燃料电池(MFC)实验系统,通过扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安特性(CV)、化学需氧量(COD)对其性能进行表征。结果显示,SA-PQ-11/CF阳极具有较大的比表面积,MFC的溶液电阻和电荷转移电阻也得到明显降低。阳极液为制药废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别约为0.22 V和62%,较常规碳毡阳极时分别提高了100%和130%。阳极液为糖蜜废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别为0.15 V和43%,分别较采用常规碳毡阳极时提高了275%和95%。基于SA-PQ-11的阳极改性能够有效提高MFC的废水处理效果和产电能力。     

厌氧污泥接种双室微生物燃料电池去除氨氮的研究

构建并成功运行了厌氧污泥接种的双室MFC系统,评估了该系统处理模拟氨氮废水的效果,阐明微生物生态同MFC耦合氨氮去除的内在联系。结果表明,接种厌氧污泥的MFC电压输出最高可达523 m V,优于接种普通活性污泥的同型MFC。该双室MFC阳极室对低浓度氨氮废水(53 mg/L)的去除率最高为52.5%,对高浓度氨氮废水(294 mg/L)的去除率最高可达91.4%。基于SEM和DGGE的表征证实,接种MFC运行前后的厌氧污泥生物膜形貌和微生物群落结构都有明显的变化,群落多样性减少,优势种群数量增加,部分为典型胞外电子呼吸菌地杆菌。     

电芬顿法降解苯酚废水的研究

对以空气扩散电极为阴极,铁板为阳极的电化学体系降解苯酚模拟废水进行了研究。采用分光光度法测定苯酚浓度,研究了pH值、电解时间和电流密度对苯酚去除率的影响。结果表明,电芬顿体系对含酚废水有很强的降解能力,初始浓度为300 mg/L的苯酚溶液,在电流密度20 mA/cm2条件下电解180 min,苯酚去除率99.5%,COD(Chemical Oxygen Demand)去除率85.1%。     

好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池组合工艺处理含氮废水的研究

考察了好氧/缺氧生物阴极型微生物燃料电池（MFCs）组合工艺对模拟氨氮废水的处理情况,该组合工艺由好氧MFC（O-MFC）和缺氧反硝化MFC（A-MFC）组成。结果表明：连续运行时,O-MFC和A-MFC的输出功率分别为14.2 W/m3和8.8 W/m3,对COD、氨氮和TN的去除率分别为98.8%、97.4%和97.3%。随着氨氮浓度的增加,A-MFC的功率密度增大,O-MFC的功率密度下降。当氨氮浓度为100 mg·L-1时,最