工艺因子对于MFC中能量分配的协同效应分析

微生物燃料电池（MFC）以产电和代谢的方式利用系统能量实现有机物降解。针对运行过程中能量的不同分配需求,以pH、有机负荷、溶解氧、电导率和外电阻为工艺因子,采用正交实验方法优选最佳工艺条件,从而实现MFC能量流调控的目的。研究表明：在实验工况下,最高产电能量转化效率和生物代谢能量利用效率分别为8.74%和66.03%,负荷和外电阻对产电能量转化效率有显著影响,负荷和pH对能量利用效率有显著影响,系统能量主要以生物代谢方式被利用。由此可见,在同等负荷条件下,若将MFC作为电转化单元时应主要控制其外电阻,若需提高MFC的有机物降解能力时pH则是首要控制因素。     

连续流微生物燃料电池(MFC)反应器启动及生物颗粒的形成

为了回收废水中有机物蕴含的化学能并改善MFC对COD的去除效果,设计了一种新型厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)用于同步高效废水处理及产电,对AFB-MFC反应器启动及生物颗粒形成进行了研究,并考察启动期内微生物燃料电池产电和废水处理性能以及外电阻对产电性能的影响。结果表明,在确定实验条件下,36d可快速成功启动AFB-MFC反应器并形成生物颗粒;启动期内,间歇运行时AFB-MFC产生的电压优于连续运行,间歇运行时最高电压850mV,而连续运行时下降至680～690mV,并最终稳定;COD去除率随进水负荷增加而增加,AFB-MFC反应器启动成功连续稳定运行后COD去除率可稳定在80.00%～90.41%;在外电阻为100Ω时,AFB-MFC产电性能最好,功率密度可达21.89mW·m-2。     

HA@Fe3O4修饰阳极增强微生物燃料电池降解雌激素

类固醇雌激素(SEs)是一类广受关注且危害性较大的新污染物,常规的污水处理工艺难以将其完全去除。腐殖酸(HA)作为一种电子传递中介体,可大幅提高微生物代谢过程中胞外呼吸的电子传递效率。鉴于HA的这种特殊电化学性质,将其应用于微生物燃料电池(MFC)系统,将有望实现在低能耗的前提下对SEs的高效降解。本研究选取17α-乙炔基雌二醇(EE2)作为代表性SEs,利用HA与较强电容性的纳米Fe3O4颗粒形成的金属化合物(HA@Fe3O4)修饰MFC阳极,探究含有EE2的模拟废水在MFC阳极的降解特性。结果表明HA的存在不仅能提高微生物与阳极板之间的电子传递效率,还可显著增加阳极板的电容性进而提高产电性能,其最大功率密度可达522.32 mW/m2。此外,HA@Fe3O4修饰的阳极可显著提高MFC对EE2的降解效率,研究还发现EE2在低浓度范围内可提升MFC的性能,但高浓度时会抑制微生物的活性并降低MFC产电效率。本研究为微生物燃料电池在实际废水中有效应用提供了一定的研究基础。     

双室型微生物燃料电池降解罗丹明B染料废水

染料废水含有大量有机污染物，还具有色度高、COD高、盐分高等特点，是典型的难降解有机废水。微生物燃料电池可利用阳极微生物降解有机物的同时产生电子经外电路传递至阴极，实现降解和产电双同时的功能。组装数组双室型微生物燃料电池，以污水厂厌氧好氧混合污泥为接种源进行接种，以罗丹明B模拟染料废水为目标污染物，考察微生物燃料电池阳极降解染料废水的效果，优化了染料废水初始浓度、p H值、外接电阻等实验条件，通过对降解过程中间产物的测定推断罗丹明B废水在微生物燃料电池体系的降解路径和机理。     

以加热预处理污泥上清液为底物的微生物燃料电池基础特性

以单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)为反应器,考察了以加热预处理污泥上清液为底物的MFC产电情况. 结果表明,污泥90℃下加热3 h时MFC输出功率最高(44.4 mW/m2),是未加热的105倍. 在此预处理条件下,污泥上清液中所含有机物成分最有利于阳极微生物的代谢产电. 加热后的污泥再次加热作为MFC底物产电,输出功率只有5.8 mW/m2. 加热预处理可提高以污泥上清液为底物的MFC的输出功率,且易与现有工艺结合,更接近实际应用.     

乳酸菌微生物燃料电池产电性能及产电机理研究

采用双室微生物燃料电池（MFC）,以乳酸菌为产电微生物,并以葡萄糖为唯一的电子供体,研究MFC的产电性能以及乳酸菌MFC产电机理。在30 ℃下,底物浓度为1.5 g/L时,该MFC的开路电压稳定在500 mV。实验条件下测得该MFC的最大功率密度为393.23 mW/m²,内阻约为500 Ω。利用气相色谱分析乳酸菌MFC产电过程中代谢产物的含量变化,实验数据表明无论是不参与产电的正常代谢途径还是产电过程中,都涉及到乳酸菌的同型乳酸发酵途径、异型乳酸发酵的经典途径和双歧杆菌发酵途径。在乳酸菌MFC运行过程中人为添加乙醇,该实验结果显示乙醇不利于乳酸菌产电,表明乳酸菌的异型乳酸发酵途径是乳酸菌进行产电的关键代谢途径。     

异养反硝化微生物燃料电池脱氮产电性能研究

构建了双室型微生物燃料电池(MFC),探讨了异养反硝化底物降解、产电特性和指示作用。结果表明:有机物是影响异养反硝化微生物燃料电池产电和污水处理性能的关键影响因素,未加入有机物时MFC产电仅有10 m V;MFC的电信号能较好地反映亚硝氮、COD基质浓度的变化情况,因此可用电压变化指示底物的降解过程;在不考虑菌体水解、同化作用所引起氨氮浓度的增加问题时,亦可用时间来指示氨氮的降解过程。     

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。     

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。     

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。     

低温复配菌株降解石油烃优化实验

从采油厂受石油污染的土壤中筛选和驯化两株耐低温石油降解菌株JA和JB,以长庆原油为反应底物,采用响应面法考察p H、原油初始浓度和生物接种量对原油降解率的影响,并优化降解条件,在优化条件下进行降解动力学实验。结果表明,单因素对原油降解率的影响顺序为:p H原油初始浓度生物接种量。p H和生物接种量的交互影响对原油降解率的影响显著,根据响应面模型计算得到的最佳降解条件为:p H=7.15,原油初始浓度3 387 mg·L-1,生物接种量75 m L·L-1。3天的原油降解率最高达65.76%,低温复配菌株降解过程符合一级动力学模型。     

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。     

微生物燃料电池技术及其影响因素研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)作为一种绿色能源技术,通过微生物的氧化代谢作用将废水中的有机质降解的同时产生电能.然而,其相对较低的产电效率限制了MFC的工业化应用.该文介绍了影响MFC性能的诸多因素,如设备的构型限制、电极材料、阳极底物、阳极微生物和质子交换膜等,提出优化MFC的设计,提高MFC的产电性能,降低投入成本可解决MFC产业化应用的弊端,并对未来MFC的发展方向进行了展望.     

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。     

难降解有机污染物的生物处理

难降解有机物对环境危害巨大,生物技术是去除这类物质的重要途径。近年来国内外从不同角度研究了强化难降解有机物生物处理效率的方法。从自然环境中筛选分离有效菌和构建工程菌是强化生物处理的首要方法。针对目标污染物的结构性质,以合适的共代谢基质作为诱导物,采取共代谢的方式也可以提高难降解有机物的生物降解速率。此外,通过优化微生物的生存环境、提高微生物耐毒能力和竞争能力等工艺研究同样能够提高生物反应速率。生物技术处理难降解有机物的发展方向趋于三方面:高效菌种库和基因库的建设与丰富,新型反应器与工艺的发明以及各种交叉技术的应用。     

微生物燃料电池中阳极产电菌的研究进展

微生物燃料电池(MFCs)是一种生物电化学混合系统,利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能,具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势,已引起广泛关注。其中,产电微生物是MFCs系统的核心组成部分,筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结;综述了阳极产电微生物的最新研究进展;最后,从微生物角度展望了阳极产电微生物未来的研究方向,以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。     

类芬顿法脱除高盐废水中有机物工艺研究

高盐废水中有机物的脱除一直是水处理领域中研究的热点和难点,以某海滨电厂脱硫废水为研究对象,以复合氧化物作为催化剂,利用类芬顿法降解高盐脱硫废水中的有机物。考察在多种实验条件下,不同过氧化氢加入量,不同废水初始p H值,不同反应时间对出水总有机碳(TOC)的去除影响情况。研究结果表明,废水处理的最佳条件为:过氧化氢加入量0.75×10-2m L/m L,反应时间2 h,初始p H值为8.1,废水的TOC去除率可以达到77.4%,出水澄清透明。复合氧化物催化剂的加入,极大地提高了过氧化氢的利用效率,并且催化剂具有制备成本低,稳定性高等优点,极大地提高了水处理效率并节约了废水处理的成本。     

连续流生物阴极微生物燃料电池废水处理与产电性能

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物的新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置。实验以石墨为电极材料,乙酸钠模拟废水为阳极底物,以厌氧活性污泥为厌氧菌种,驯化后的好氧污泥为好氧菌种,构建了双室连续流生物阴极MFC反应器。研究了连续流生物阴极MFC在降解乙酸钠废水同时的产电性能。结果表明,在外电阻为50Ω的情况下,未加NaCl溶液时,连续流好氧生物阴极MFC的最大电流密度为0.29 mA/m2,加入NaCl溶液后,最大电流密度为0.75 mA/m2,是未添加NaCl溶液MFC的2.59倍,输出功率密度是未加NaCl溶液的6.84倍。阳极室出水进入阴极室,研究了连续流好氧生物阴极废水处理效果。结果表明,COD的去除率随MFC运行时间的增加呈上升趋势,MFC稳定运行后,COD的去除率维持在60.1%～66%。     

外阻对双室微生物燃料电池性能的影响

实验分析了阴极硝化耦合阳极反硝化微生物燃料电池在不同外阻(10、100、500Ω和无穷大)下,电池的产电性能、阴极液和阳极液的电导率以及脱氮除碳能力的变化情况。结果表明,在低电阻下,输出的稳定电流较大,有机物降解速率较快,TN去除率较高。当外阻为10Ω时,输出的稳定电流是3.61 m A,COD的去除速率最快为10.33mg/(L·h),在运行160 h时TN去除率达到100%。MFC运行过程中,阳极溶液的电导率逐渐减小,阴极溶液的电导率逐渐增大。当外阻为10Ω时,阴阳极溶液的电导率差最大。CV扫描表明外阻对阳极生物膜氧化还原能力有影响,且低电阻下阳极形成的生物膜上产电活性菌的氧化能力越强。     

微生物燃料电池阳极产电微生物研究进展

微生物燃料电池（Microbial fuel cells,简称 MFCs）是一种生物电化学混合系统，利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能，具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势，目前得到研究者们的广泛关注。其中产电微生物是MFCs系统的核心组成部分，筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。通过对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结，综述了阳极产电微生物的最新研究进展，最后从微生物角度展望了未来的研究方向，以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。