以沼液为原料的微生物燃料电池产电降解特性

为提高生物质能源利用效率,降低废水处理成本,实验构建单室无膜空气阴极微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）,碳布作为阴阳极材料,将牛粪沼液作为接种液及底物进行产电性能测试,同时考察了MFC对该沼液的降解效果。结果表明,MFC能够利用沼液进行产电,最高输出电压330 mV,内阻10 kW,最大功率密度为10.98 mW·m^-2,沼液中的不可溶性物质是导致MFC输出电压、功率密度低的重要原因。MFC的运行对沼液中的有机物、氮、磷等物质具有一定的降解能力,24 h内去除率分别达到20.73%、67.82%、72.56%。因此,MFC作为产生电能的新方法,在联合处理沼液等有机废水节能减排方面具有广阔前景。     

利用微生物燃料电池同步降解沼液和三苯基氯化锡

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100μmol·L~(-1) TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2m V,最大功率密度为145.62 m W·m-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273μmol·L~(-1)·h~(-1)。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。     

利用微生物燃料电池同步降解沼液和三苯基氯化锡

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100 μmol·L^-1 TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2 mV,最大功率密度为145.62 mW·m^-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273 μmol·L^-1·h^-1。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。     

螺旋藻光合微生物燃料电池产电性能的研究

将微藻与微生物燃料电池(简称MFC)相结合,可以将太阳能转化成电能,这是一种可再生、稳定、高效的产能方式。本论文主要研究了螺旋藻作为MFC阳极产电微生物,以碳酸氢盐或葡萄糖作为底物的产电性能,并通过改变光照强度等条件,探讨影响微藻MFC产电性能的主要因素。以0.1mol/L的铁氰化钾溶液作为阴极液,外电阻为1000Ω,光照强度为12000lx,温度为28℃或30℃,进行电池的运行。螺旋藻MFC可以得到200mV的稳定输出电压,最大功率密度为41.33mW/m2,内阻为2000Ω。研究发现,螺旋藻MFC产生的电压主要依赖于生物膜上的藻,而与悬浮在阳极液中的藻无关。光照强度是影响产电的最主要因素之一,藻的输出电压随着光暗周期的变化表现出明显的周期性。     

单室MFC去除焦化废水中有机污染物性能研究

以焦化废水和乙酸钠为底物,构建单室微生物燃料电池(MFC),考察了乙酸钠对焦化废水中污染物去除及MFC产电性能的影响。结果表明,随着焦化废水中乙酸钠的质量分数从0增加到100%(相应COD从1 300 mg/L减小到0),MFC最大输出电压从61 mV增加到410 mV,最大功率密度从0.018 6 mW/m~2提高到0.420 1 W/m~2,废水中COD去除率从60%升高到95%。显然,外加乙酸钠提高了MFC中微生物的活性,使体系能够在稳定输出电能的同时强化焦化废水有机污染物的降解。     

钕铁硼磁化改性阳极对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池(MFC)能在降解废水中有机污染物的同时产生电能,是当前环保与能源工程交叉领域的研究热点。以无介体MFC为研究对象,构建了用污水混合菌接种的双室无介体MFC,以提高MFC系统的产电性能为目标,利用自行制备的钕铁硼磁性粉末材料对阳极进行修饰。通过电池电压、极化曲线、功率密度曲线的测定,研究改性阳极和未改性阳极MFC的产电性能,结果表明,MFC阳极在经0.5 mg/cm2钕铁硼磁化改性后,电池的产电性能得到提升,其最大功率密度为12.05 m W/cm2。     

微生物燃料电池对废水中对硝基苯酚的去除

在以碳纸为阳极、空气电极为阴极、葡萄糖和对硝基苯酚为混合燃料的直接空气阴极单室微生物燃料电池中,考察了微生物燃料电池(MFC)对对硝基苯酚的降解及MFC的产电特性.结果表明MFC对废水中不同浓度的对硝基苯酚均有一定的去除效果,400 mg/L的对硝基苯酚降解4d的去除率74.1%,降解6 d的去除率为82.1%.MFC的输出电压最高为0.293V(外阻1 000Ω),最大输出功率密度为56.5 mW/m3.     

曝气方式对微生物燃料电池脱氮和产电性能的影响

微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)用于低C/N废水脱氮具有较好的应用前景。研究以模拟尿液为底物,考察了曝气方式与膜材料对双室MFC产电性能和脱氮效果的影响。结果表明,当进水COD浓度为1500 mg/L、C/N为2,两个MFC均具有良好的除氮脱碳效果,COD降解率平均值高于89%,总氮去除率平均值高于72%。产电能力最强的是间歇曝气状态下的MFC2,采用阳离子交换膜,最高输出电压为702.1 mV,最大输出功率密度为365.14 W/m~3;阳离子交换膜有利于提高MFC的产电性能,质子交换膜具有良好的有机物降解和脱氮效果。间歇曝气可为阴极室提供较低浓度的溶解氧,MFC的产电性能和脱氮能力明显优于不曝气方式。     

pH对沉积型含油污泥微生物燃料电池的影响

以油田含油污泥为底物,构筑了不同pH的沉积型含油污泥微生物燃料电池(SMFC),分别采集不同pH(6.5,7.0,7.5,8.5,误差±0.2)的SMFC输出电压,并测定相应电池电动势、表观内阻、功率密度等,研究了pH值对SMFC体系产电及原油降解性能的影响,并采用气相-质谱联用仪(GC-MS)研究分析了弱碱环境下SMFC中正构烷烃组分的降解情况。结果表明,随着pH的增大,SMFC的输出电压、功率密度、电动势先增大后减小,表观内阻则先减小后增大,pH=7.5时,电压最高,功率密度和电动势最大,表观内阻最小;随着pH增大,含油污泥原油去除率先增大后减小,pH=7.5时,原油去除率最大。SMFC体系在弱碱性环境下(pH=7.5),其产电性能和原油降解性能最佳,主要是SMFC中的菌群可以提高对高碳数烷烃的降解速率,对偶数碳烷烃有较强的降解能力,而且具有降解类异戊二烯烷烃的能力。     

双室MFC回收尾矿中铁离子的产电性能研究

采用双室微生物燃料电池(MFC)技术对模拟尾矿中的铁离子进行浸出并回收,考察了阴极分别采用模拟浸出液、实际浸出液时反应器的产电性能。结果表明,MFC反应器阴极采用实际浸出液运行时具有较好的产电性能,其峰值电压可达(492.9±14.9) m V,最大功率密度为0.700 3 W/m2,是采用模拟浸出液体系的3.8倍;相应铁离子浸出率、回收率分别为62.6%、90.0%,比模拟体系分别提高了21.6%和51.4%。     

沉积物微生物燃料电池处理低浓度渗滤液的试验研究

采用沉积物微生物燃料电池处理低浓度垃圾渗滤液,考察了电池的产电性能及对污染物的去除效果。实验结果表明SMFC输出电压呈周期性变化,最大输出电压78 m V。最大功率密度为0.204m W/m2,功率密度随电流的增加先增大后减小,电池内阻较大为2810Ω,过高的内阻限制了燃料电池的产电。COD、氨氮去除率达分别达67%、59%。MLSS、MLVSS去除率分别为23.7%、29.5%。MLVSS/MLSS的比值由0.63降至0.58,在SMFC产电过程中污泥中的有机物得到有效降解。因此构建SMFC在处理低浓度渗滤液的同时可回收部分电能,可实现污水、污泥资源化。     

纳米Fe3O4对沼液MFC产电特性与有机物降解影响

为了提高微生物燃料电池（MFC）对沼液中有机质的降解和产电效率，将纳米Fe3O4与MFC结合，对比研究了纳米Fe3O4以Fe3O4@生物炭和Fe3O4@碳毡两种不同介入方式对MFC性能的影响。结果表明，两种方式均可成功启动MFC，且产电效率远高于无纳米Fe3O4介入的空白实验，最高电压分别为699和707 mV，最高电压均持续时间长达10 d。Fe3O4@碳毡与Fe3O4@生物炭介入下MFC最大功率密度分别为700和578 mW/m2，相较于未使用纳米Fe3O4的MFC提高了43%和31%。将Fe3O4@碳毡作为阳极电极得到的化学需氧量（COD）降解率最高，为51.76%；直接投加Fe3O4@生物炭对NH4+-N的降解影响最大，投加Fe3O4@生物炭后NH4+-N含量由（6800.14±57.86） mg/L降至（689.14±37.29） mg/L，NH4+-N降解率达到89.87%。纳米Fe3O4参与的MFC微生物群落结构合理，两种介入方式均刺激了主要水解细菌梭菌纲（Clostridia）的生长富集。随着纳米Fe3O4的位置变化，Clostridia的相对丰度在以Fe3O4@生物炭和Fe3O4@碳毡介入的MFC中分别达到61.11%、50.98%。二者的电活化细菌中β-变形菌纲（Betaproteobacteria）含量最高，并且在反应后碳毡上发现了反硝化细菌芽孢八叠球菌属（Sporosarcina）。     

pH对沉积型含油污泥微生物燃料电池的影响

以油田含油污泥为底物,构筑了不同pH的沉积型含油污泥微生物燃料电池(SMFC),分别采集不同pH(6.5,7.0,7.5,8.5,误差±0.2)的SMFC输出电压,并测定相应电池电动势、表观内阻、功率密度等,研究了pH值对SMFC体系产电及原油降解性能的影响,并采用气相-质谱联用仪(GC-MS)研究分析了弱碱环境下SMFC中正构烷烃组分的降解情况。结果表明,随着pH的增大,SMFC的输出电压、功率密度、电动势先增大后减小,表观内阻则先减小后增大,pH=7.5时,电压最高,功率密度和电动势最大,表观内阻最小;随着pH增大,含油污泥原油去除率先增大后减小,pH=7.5时,原油去除率最大。SMFC体系在弱碱性环境下(pH=7.5),其产电性能和原油降解性能最佳,主要是SMFC中的菌群可以提高对高碳数烷烃的降解速率,对偶数碳烷烃有较强的降解能力,而且具有降解类异戊二烯烷烃的能力。     

微生物燃料电池处理偶氮含盐废水的产电性能和降解过程

偶氮含盐废水生化处理流程复杂、电耗高,且降解机理尚不明确。本研究基于酸性重铬酸钾法水热处理获取改性阳极,进而构建微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）对偶氮含盐废水进行处理。考察了不同二价阴离子对MFC产电性能和降解有机物效果的影响,并探究了MFC对直接红13的降解机理。结果表明,偶氮含盐废水中含有硫酸钠时的产电性能高于含有碳酸钠的情况,MFC最大功率密度为265.38mW/m²、最大电流密度为1.10A/m²;MFC处理偶氮含盐废水时,对直接红13的去除率低于无额外添加盐时的效果（71.13%）,对葡萄糖共基质的降解影响程度为：添加硫酸钠>添加碳酸钠>无额外添加盐。微生物群落和降解产物分析表明,MFC阳极生物膜通过变形菌门、拟杆菌门等微生物的协同作用实现了对直接红13的生物电化学降解,产电下降解产物以还原产物芳香胺为主。     

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。     

空气阴极微生物燃料电池处理垃圾渗滤液

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物做催化剂,处理废水的同时能产电的新型污水处理技术,因其"变废为宝"的能力而得到快速的发展。其中,以空气做阴极的单室MFC,因其省却了不断添加阴极液的过程、提高功率输出的同时降低成本而受到越来越多的关注。垃圾渗滤液中含有高浓度的COD和氨氮,可生化性差、生物处理难度大。为了寻找高效经济的渗滤液处理技术,本项目通过构建单室微生物燃料电池,分析垃圾渗滤液在MFC中的处理效果及产电性能,结果表明,当以PTEF为扩散层时,最高输出电压2.005 V,最高功率密度为3.2 W?m-2,均高于PDMS扩散层;以PTEF为扩散层制作空气阴极对垃圾渗滤液中的COD和氨氮进行处理,去除率分别为90%和78%,运行12~16 d最优。     

微生物燃料电池中有机废气净化强化研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是臭氧、二次有机气溶胶生成潜势较高的气态污染物，这类污染物的有效控制是大气复合型污染防治的关键。微生物燃料电池(MFC)技术净化VOCs不仅具有传统生物法绿色、安全、碳排放量低的特点，还能够将污染物中化学能回收为电能，近年来受到广泛关注。结合MFC净化VOCs基本原理，概述了MFC中相际传质、降解反应过程强化的研究思路及进展，介绍了空气电极、光催化技术在新型MFC中的应用。另外，针对产电功率密度及库仑效率受限的瓶颈，对MFC净化VOCs的研究进行了展望，提出改善“微生物-电极”界面电子传递、调控降解菌及产电菌协作关系等重要研究方向。     

微生物燃料电池处理煤热解废水有机物降解特性

以煤热解废水为研究对象,采用厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)进行生化处理,考察了COD对系统产电及废水处理性能影响,并通过GC/MS内标法分析了反应体系中有机物组成及酚类物质的降解特性。结果表明,进水COD为952~2 238 mg/L时,输出电压及功率密度随COD增加而提高,最高分别为284.5 m V和2.13 m W/m~2,当COD为3 419 mg/L,输出电压和功率密度分别降低至245.7 m V和1.42 m W/m~2,说明过高的COD负荷会抑制微生物产电活性;COD去除率最高可达到92%,且随着进水COD的提高而有所下降。GC/MS结果表明,酚、苯、醇、杂环化合物与多环芳烃等物质充分降解,去除率分别为99.63%、97.55%、98.30%、95.75%和92.87%。准确分析了其中主要的5种酚类的质量浓度,该方法检出限为2.48~5.50μg/L,R~2大于0.993,平均加标回收率为72.6%~115.8%。     

阳极加载稳恒磁场对微生物燃料电池性能的影响

将双室微生物燃料电池(MFC)置于不同方向(与阳极垂直、平行)、不同强度(0,100,200,300mT)的稳恒磁场下,考察阳极加载稳恒磁场对MFC产电特性的影响。结果发现,一定强度的磁场能够强化MFC的产电,但不同磁场方向和强度对MFC的影响有差异。当磁场方向与阳极垂直时,产电效果较好,MFC的最大输出功率更高。MFC在加载200mT磁场强度时,性能达到最佳,其最大功率密度为1.09 W/m2。一定强度的磁场还能够提高MFC的库仑效率和COD去除率,并且加速微生物对COD的降解。     

A/O-MFC处理垃圾渗滤液与产电性能研究

构建了序批式A/O-MFC运行装置,以垃圾填埋场渗滤液为底物,考察A/O-MFC在不同浓度渗滤液作为阴极液的产电性能和污染物去除效果。结果表明,MFC两极的COD、氨氮的去除率均随阴极渗滤液浓度的增加而增大,且阴极室去除效果明显好于阳极室。MFC输出电压随阴极渗滤液浓度的增加而增大,高效脉冲波动幅度随渗滤液浓度增加而减缓。最大功率密度分别0.030,0.096,0.129 W/M²。第3阶段功率密度分别是前两个阶段4.30,1.34倍。可见,微生物燃料电池产电能力随阴极渗滤液浓度的增加而增大,处理高浓度垃圾渗滤液的A/O-MFC的除污-产电性能最好。因此,以垃圾填埋场的渗滤液作为底物运行A/O-MFC具有可行性。