碳纸和碳布电极微生物燃料电池产电特性的对比研究

以厌氧污泥为接种微生物构建H型双室微生物燃料电池,考察不同电极材料(碳纸和碳布)对微生物燃料电池(MFC)产电性能的影响。结果表明,采用碳布为电极材料的MFC启动更快,18 h达到稳定,但在稳定期采用碳纸为电极材料比采用碳布为电极材料的MFC电压高出20 m V左右。采用碳布电极材料的MFC在启动初期的最大功率密度为4. 7 m W/m~2,内阻为1 782Ω;采用碳纸电极材料的MFC在启动初期的最大功率密度为8. 5 m W/m~2,内阻为1 125Ω,且驯化结束后稳定期的电压(313 m V)比碳布电极材料的MFC(282 m V)高,故MFC电极材料采用碳纸的产电效果优于碳布。     

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/M~2。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。     

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。     

微生物燃料电池处理晚期垃圾渗滤液的特性研究

采用双室型微生物燃料电池(MFC)处理晚期垃圾渗滤液,考察了其产电性能及渗滤液处理效果。在外阻为1 000Ω,MFC中垃圾渗滤液的体积分数为20%时,其最大输出电压为660.6 mV,最大输出功率密度为2 182.0mW/m3。当体积分数升至100%,其最大输出电压为709.4 mV,最大输出功率密度为2 513.4 mW/m3,COD去除率约为70.4%。MFC运行期间,渗滤液中的氨氮一部分在阳极室中作为电子供体产电而被去除,另一部分从阳极室转移到阴极室,7 d内NH4+转移率达43%。与此同时,内阻从1 010Ω增加到2 000Ω,阳极液电导率从2.09×10-3S/cm下降到9.15×10-4S/cm。     

铜离子为电子受体的MFC产电性能及废水处理

以经过预处理的厌氧活性污泥为阳极菌种,模拟有机废水为阳极底物,人工模拟含铜废水为阴极液,构建双室MFC反应器,考察以铜离子为阴极电子受体条件下的MFC产电性能与废水处理效果。结果表明:阴极液为5 g/L的硫酸铜溶液时,最大开路电压为0.531 V,最大功率密度为49.6 mW/m~2,内阻为326Ω。通过改变阴极液浓度、电极材料等条件进一步提高其产电性能,当阴极液硫酸铜质量浓度为3 g/L、电极材料为石墨棒、导线为钛丝时,产电性能最优,最大功率密度为75.7 mW/m~2,Cu~(2+)去除率为91.9%。     

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。     

超声预处理对牛粪微生物燃料电池性能的影响研究

以牛粪为主要底物,研究了300、600、900 W超声对底物进行预处理后,对MFC的产电性能的影响。结果表明,底物经600 W超声处理后,MFC获得了最高的输出电压达到212 m V,功率密度和电流密度最大,分别达到102m W/m~2和102 m A/m~2;COD的去除率最高,达到74.6%;同时经600 W超声处理后,MFC启动后产生的VFA浓度最高,达到285 mg/L。不同超声处理后阳极液pH变化规律基本相同,分别为6.0～7.8(300 W),5.7～7.6(600 W),5.8～8.0(900 W)。风干后的阳极反应产物有机质含量为89.80%,总养分6.3%,含水率为9.5%左右,pH为7.41,达到了有机肥料的标准。     

小球藻微生物燃料电池产电性能研究及机理分析

利用小球藻生物膜阳极构建光合藻微生物燃料电池(PAMFC),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25℃,可以得到250m V的稳定输出电压,最大功率密度为80.22m W/m2,内阻为550Ω。微藻挂膜效果、光照强度是影响小球藻MFC产电的主要因素,实验推断藻的呼吸作用和光合作用中产生的电子均可以被传递到阳极产电,并且呼吸电子传递链比光合电子传递链有更高的电子传出效率。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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 kΩ,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。     

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。     

微生物燃料电池在污水处理中的应用概况

近年来水污染、能源枯竭的问题日益严重,使人类的生存环境和能源安全受到了威胁。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFC)在降解污水同时获得电能,成为了保护环境和发展可再生能源的一项新技术。以处理工业废水、生活污水、农业固体废水、垃圾渗滤液、养殖废水和重金属回收等为例综述了微生物燃料电池技术在污水处理中的应用。其中,处理工业废水产电性能最为突出,其最大功率为375 m W/m~2。     

阳极功能层厚度对中温固体氧化物燃料电池电性能的影响

采用水系流延成型工艺,研究了阳极支撑型中温SOFC阳极功能层厚度对中温SOFC电性能的影响,运用电化学工作站对单电池的电性能进行了表征。结果表明,在相同的运行温度下,单电池的功率密度随着功能层厚度的增加而减小,而极化阻抗则相应增加;单电池的功率密度随着运行温度的提高而增大,对应的极化阻抗则减小。以H2＋3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行条件下,功能层厚度为25μm、30μm和35μm的单电池的功率密度分别为0.31 W/cm^2、0.10 W/cm^2和0.07 W/cm^2,相应的极化阻抗则分别为1.05Ωcm^2、2.41Ωcm^2和3.08Ωcm^2;阳极功能层厚度为25μm的单电池的测试温度在700℃、750℃和800℃,其功率密度分别为0.22 W/cm^2、0.31 W/cm^2和0.45 W/cm^2,对应极化阻抗分别为1.90Ωcm^2、1.05Ωcm^2和0.67Ω/cm^2。     

基于进水流速的连续流小球藻MFC性能研究

针对规模化养殖源分离废水的特点和当代水处理技术存在的问题,在间歇流MFC研究的基础上,基于同步废水处理、产电能及小球藻生物质能回收,进行了连续流小球藻生物阴极型MFC对源分离养猪废水的处理实验。研究发现MFC在5种不同进水流速条件下,当流速为1 mL/6.5 min时,稳定输出电压值、库仑效率和最大功率密度达到最大值,分别为537.26±23.78 mV、14.39%±0.58%和2 740.30 mW/m~3;COD去除率随着进水流速的减小逐渐增大,在1 mL/10 min进水流速时达到最大,为77.58%±0.48%;当进水流速为1 mL/3.0 min时,MFC的内阻达到最大,为437.14Ω;减小阳极进水流速为1 mL/5.0 min后,MFC得到了最小的内阻值,为195.73Ω,较1 mL/6.5 min与1mL/10.0 min进水流速时分别低了7.63%与25.14%;从产电性能、COD去除效果、阴极微藻生长状况及阴极溶解氧浓度等方面综合分析,该MFC在进水流速为1 mL/6.5 min时,系统整体性能表现最佳。     

电催化氧化法处理垃圾渗滤液中氨氮的研究

采用电解槽对垃圾渗滤液进行电解催化处理研究,考察不同的极板间距、电流密度、氯离子的质量浓度等对电解效果的影响。结果表明,极板间距为1.0 cm,电流密度为10 A/dm2,氯离子质量浓度为5 000 mg/L时,该法对中等浓度的垃圾渗滤液中的氨氮有较好的处理效果,对氨氮的去除率能达到97.3%。     

非贵金属催化电解在垃圾渗滤液处理中的应用

用Ti/Co-Fe-Cu为阴极,Ti/Ir O_2-Ru O_2为阳极组成无隔膜电解体系,来处理高浓度垃圾渗滤液。考察了该电解体系对垃圾渗滤液的处理效果,并系统研究了电流密度、极板间距、搅拌速度及电解反应时间等因素对处理垃圾渗滤液效果的影响。结果表明,电解体系在有效去除垃圾渗滤液中COD、NH+4-N同时,也能实现对NO-3-N的无害化去除。室温电解最优工艺条件:电流密度10 m A/cm2、极板间距9 mm、搅拌速度450 r/min以及通电时间3 h,原水COD、NH+4-N和NO-3-N的去除率分别达到88%、83%和90%。