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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

MFC双向处理中药与电镀废水的研究

以剩余污泥为阳极底物,以模拟中药废水为基质,以Ag~+及Cr(VI)为阴极液,构建微生物燃料电池系统,研究了该MFC系统的产电性能、金属离子处理效果及系统的去污能力。以Cr(VI)和Ag~+两种不同的金属离子作为阴极液,以Ag~+作为阴极电子受体,稳定电压23 m V,CE(Ag+)=8.17%,Ag~+的最终去除率为58.7%,COD去除率为43.47%;以Cr(VI)作为阴极受体稳定电压在10.5 m V左右,CE(Cr6+)=6.06%,Cr(VI)的最终去除率为49.2%,COD去除率为49.26%。     

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。     

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。     

电极对微生物燃料电池同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响

实验以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,以含铜废水为阴极液,构建双室MFC,探讨电极对MFC同时处理有机废水和含铜重金属废水产电性能的影响.结果表明:MFC对阳极有机废水COD的去除率最高为79.1%,对阴极液中Cu²⁺的去除率最高为95.6%.活性炭/石墨棒电极MFC产电性能最优,开路电压最高为800mV,是石墨棒电极MFC的1.25倍,是活性炭/碳纸电极MFC的1.3倍,是碳纸电极MFC的1.5倍.当电极距离为2cm时,MFC开路电压580mV,内阻为181Ω,产电性能最优.电极表面积为75cm²时,MFC的开路电压470mV,是电极表面积为50cm²的MFC的1.1倍,是电极表面积为30cm²的MFC的2.1倍.当A_An/A_cat=0.4时MFC产能最佳,MFC的开路电压最高为600mV,最大功率密度48.2mW/m².     

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。     

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。     

厌氧流化床微生物燃料电池串联处理啤酒废水

在高650mm、有效容积1280m L的三级串联液固厌氧流化床单室无膜空气阴极微生物燃料电池(MFCs)中,研究了啤酒废水处理及产电性能。结果表明:串联后输出电压等于三个单级电池的电压之和,约为623.5m V,最大功率密度为0.340m W/m2。该体系内阻为21667Ω。恒温条件下(35℃),处理10天后,啤酒废水COD由初始的2025mg/L降至107.4mg/L,COD去除率达94.69%。通过液相色谱分析处理前后啤酒废水中的有机物质含量的结果可知,MFCs能够充分降解啤酒废水中的葡萄糖、木糖和乙酸等有机物质。     

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。     

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     

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.     

不同来源菌群接种微生物燃料电池处理淀粉废水的研究

以人工模拟淀粉废水为底物运行微生物燃料电池(MFC),分别采用淀粉废水、生活污水和二者的混合液为接种液,考察不同来源菌群接种下,MFC产电能力与废水处理效果。研究结果表明,采用混合液接种时,MFC启动时间相对于淀粉废水和生活污水接种分别缩短了29.6%和26.9%,最大产电功率密度分别提高了156%和6.1%;COD、NH4+-N去除率略有提高。对利用混合液接种的MFC进一步优化,结果表明,当MFC基质pH为9,NaCl质量浓度为1.0 g/L,基质COD为3 100 mg/L,温度为30℃时,MFC的产电能力与废水处理效果最佳,产电功率密度达4.63W/m3,COD去除率为86.3%,NH4+-N去除率为82.6%。     

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%。     

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。     

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。     

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。