复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统产电性能和水质净化

人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)是两种具有潜力的环境技术,用于水污染治理和可再生能源生产。目前大部分研究主要针对上流式人工湿地-微生物燃料电池进行探索,很难用到实际的人工湿地上。主要以垂直流人工湿地为研究对象,研究复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的产电性能和水质净化作用。结果表明,在相同的垂直流CW-MFC系统中,产电性能和水体污染物的含量有一定的关系;在模拟自然的水流情况下,CW-MFC1阳极生物氧化产生的质子和电子迁移至CW-MFC2的阴极也能同其电子受体发生氧化还原反应,从而产生电压电流,且其电压高于单一垂直流CW-MFC系统;模拟自然情况下的CW-MFC系统对各项水质指标的去除都有不错的去除效果,其中磷酸盐和总磷的去除率为97.5%和97.9%,氨氮和总氮的去除率为86.4%和66%,COD去除率最低为36.5%,表明复合垂直流CW-MFC系统对水体污染物的去除起明显的效果。

人工湿地-微生物燃料电池中电极研究进展

【目的】近年来,人工湿地(CW)与微生物燃料电池(MFC)相耦合,形成了一种新型的生物电化学系统——人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC),具有出色的污染物降解和生物发电性能。本文旨在总结电极的特性和应用,介绍不同电极材料对系统的影响,最后对其未来的研究方向提出展望。【方法】结合国内外最新的研究成果。【结果】总结了电极的功能特性和应用,介绍了不同电极材料在废水处理过程中的性能差异以及对发电效率的影响,并对其未来的研究方向提出了展望,为CW-MFC的技术发展作进一步参考。【结论】CW-MFC是一种具有广泛应用前景的生物电化学系统。未来研究方向包括优化电极材料、提高系统运行效率、降低成本等方面。同时,还需要加强在实际应用中的研究,以推动该技术在环境保护和能源领域的应用。

人工湿地-微生物燃料电池处理废水的研究进展

介绍了人工湿地-微生物燃料电池系统的脱氮原理、净化多类废水(含铬废水、含酚废水、高盐度废水、抗生素废水及含氮废水等)的效能,总结利用人工湿地-微生物燃料电池的方法处理这几种废水的研究现状,并分析了影响人工湿地-微生物燃料电池处理效率的因素(水力停留时间、湿地植物与微生物、电极和温度等),最后分析其产电特征以期为人工湿地-微生物燃料电池系统在处理废水的应用中提供参考。

不同阳极设置对人工湿地-微生物燃料电池脱氮及产能的影响

人工湿地-微生物燃料电池(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)耦合系统是人工湿地和生物电化学技术的有机结合,其中阳极是限制耦合系统输出功率和污染物净化性能的关键因素。构建了未加入颗粒活性炭(CW-MFC1)和加入颗粒活性炭(CW-MFC2)2套耦合系统以探讨阳极加入颗粒活性炭对耦合系统产电和脱氮性能的影响,并利用高通量测序技术对比分析2套系统阳极和阴极微生物群落组成。结果表明:CW-MFC2耦合系统的输出电压和最大功率密度(430 mV,8.39 mW/m^(2))高于CW-MFC1(379 mV,7.77 mW/m^(2))。试验运行前期(0~29 d),CW-MFC2耦合系统的氨氮去除率为65.72%±3.06%,显著高于CW-MFC1(56.06%±3.71%),而二者的总氮去除率相差不大;随着时间的推移(30~105 d),CW-MFC1耦合系统的氨氮和总氮去除率逐渐高于CW-MFC2,尤其是总氮去除更为显著(CW-MFC1为42.69%±4.19%,CW-MFC2为32.50%±11.51%)。高通量测序结果表明,CW-MFC1阳极富集的不动杆菌属以及阴极大量的反硝化菌(巨大芽殖杆菌属、地杆菌属、黄杆菌属、不动杆菌属和脱氯单胞菌属等)的富集可能是其脱氮性能优于CW-MFC2的主要原因。综上,阳极加入颗粒活性炭可提升CWMFC耦合系统的产电性能,但不利于生物脱氮过程。

人工湿地-微生物燃料电池系统对十二烷基苯磺酸钠的微生物响应特征

直链烷基苯磺酸盐(LAS)是日化领域应用最为广泛的阴离子表面活性剂,烷基苯磺酸盐及其降解中间产物已经成为环境中常见的代表性有机污染物。本研究以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为目标LAS,通过小试试验探究了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)对SDBS的处理效果及系统对SDBS的微生物响应特征。结果表明:当进水SDBS浓度为25 mg·L^(-1)时,CWMFC对SDBS的去除率和去除负荷分别为44.3%和6.74 g·m^(-3)·d^(-1);SDBS的加入对CW-MFC系统中微生物群落的组成与活性产生了较大的干扰,微生物需要一定的时间适应并发展SDBS降解能力,而电化学活性菌(EAB)对SDBS的抗性比其他微生物物种更强;SDBS促进了火山岩填料和阳极表面(厌氧环境)的微生物群落丰富度和多样性,而对植物根系和阴极表面(好氧环境)的微生物群落多样性产生了抑制;CW-MFC中火山岩填料表面、阴极表面和阳极表面的优势菌门分别为Proteobacteria、Bacteroidota和Desulfobacteroidota;SDBS将CW-MFC中阳极区EAB(Proteobacteria、Bacteroidota、Firmicutes、Acidobacteriota等)的相对丰度显著提高56.7%,从而提高了CW-MFC的最大输出功率密度并显著降低了系统内阻;CW-MFC中有7个SDBS降解相关菌属,Geobacter可参与β/ω氧化过程,Aeromonas、Acinetobacter和Desulfovibrio可参与脱磺酸过程,Hydrogenophaga、Zoogloea和Dechloromonas可参与苯环裂解过程,其中,Geobacter和Desulfovibrio为厌氧菌属,其余为好氧菌属,此外,火山岩填料表面SDBS降解相关菌属相对丰度最高,占比为61.61%。研究表明,SDBS改变了CW-MFC内部微生物群落的空间分布规律,促进了EAB和SDBS降解相关菌属的富集生长,并改善了CW-MFC的电化学性能。总之,利用CW-MFC系统处理阴离子表面活性剂是可行的。

人工湿地-微生物燃料电池耦合体系的研究进展

人工湿地-土壤微生物电池(CW-MFC)技术是一个全新的生态电化学体系,在污水处理和生物产电方面具有很大的潜力。本章主要阐述了CW-MFC基本原理以及国内外的发展状况,并重点从体系构成(湿地植物、电极物料、基质材料、微生物)和系统运行条件(进水水质、进水方式、水力时间、溶解性氧、温度及pH)等方面阐述。最后概括了CW-MFC存在的问题和技术前景,并预测了该技术的发展趋势。

人工湿地-微生物燃料电池性能优化研究进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)在提高传统人工湿地污染物去除能力的同时,还具有绿色产电的优势。在介绍CW-MFC工作机理的基础上梳理了该技术自诞生以来在污水处理和发电性能优化方面的研究历程。着重论述了系统的构造因子(电极材料及配置、分隔层、基质、植物、微生物)和运行条件(污水性质、有机负荷、水力停留时间、溶解氧、温度)的选择,指出该系统需要提高其氧化还原梯度,营造适合产电微生物扩繁的环境。在污染物处理方面该系统表现出较大的潜力,但其处理机理及后续生态风险防控还需深入研究。在未来应用阶段,可通过电化学手段进一步提高污染物去除效果,同时,利用自产电开发监测水质状况的生物传感器有着巨大的发展前景。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统对农药处理效能的研究

本文构建了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统处理以阿特拉津为代表的农药,以了解该系统的农药处理效能及处理机理.结果显示,该系统对阿特拉津具有较好的处理性能.当阿特拉津浓度小于4mg/L时,系统的处理性能稳定保持在85%以上;当阿特拉津浓度为4mg/L时,系统产电性能最优,此时,系统输出平均日电压,最大功率密度及电流密度分别为284.4mV、19.64mW/m^(3)及46.09mA/m^(3).农药对系统微生物多样性的影响显著,而对微生物基因功能的影响不显著,对系统菌属的影响小于电场.系统优势菌门有变形菌门,优势电化学活性菌门有拟杆菌门和厚壁菌门;而降解农药优势菌门有放线菌门,优势菌纲有Alphaproteobacteria与Actinobacteria,优势菌属有Christensenellaceae_R-7_group.

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统构造条件优化

该文以菖蒲为湿地植物构建垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC),并将其应用于农药阿特拉津的降解,且基于响应面法优化系统构造条件。结果表明,响应模型可靠,拟合度较好,对阿特拉津去除率影响电极板占比>电极板间距>外接电阻。CW-MFC最优构造条件为电极板占比0.33、电极板间距20.89 cm、外接电阻987.1Ω。最优构造条件下CW-MFC的COD、TN、TP及阿特拉津去除率为93.8%、62.9%、96.3%和94.7%;电压、电流密度、功率密度及库伦效率为248.77 mV、0.08 mA/m^(2)、22.9 mW/m^(2)和0.243%。

植物对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统去污及产电性能的影响

介绍了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的分类,湿地植物对去除污染物和产电性能的有利影响和不利影响,以及CW-MFC植物的选择,并提出了进一步研究的方向。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究现状与展望

对CW-MFC耦合系统的研究现状进行了综述,展望了这一新型系统的发展潜力,提出了该系统的优化方向及建议。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统缓解生物堵塞试验研究

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用电极表面富集的电化学活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)对生物堵塞的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行降解,并通过产电过程中形成的微弱电场来抑制微生物胞外多糖大量分泌,可在一定程度上控制人工湿地(Constructed Wetland,CW)的生物堵塞。为此,研究将阴极和阳极电极分别嵌入垂直流人工湿地的不同深度位置处,构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统。通过比较开路和闭路耦合系统的孔隙率、过水速率以及净化效果,评价CW-MFC系统的堵塞延缓能力。结果表明:相较开路系统,闭路系统的过滤速率增幅较大,孔隙率的降幅较小,在一定程度上缓解了堵塞。闭路系统对TN和NH4+-N的去除率显著高于开路系统。嵌入电极形成的CWMFC系统可原位缓解堵塞,有较好的应用潜力。

人工湿地-微生物燃料电池技术的研究进展

本文介绍了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的基本结构与工作原理,综述了微生物、植物、基质和电极对CW-MFC系统的影响,总结了在不同运行参数条件下CW-MFC系统的性能,最后指出了CW-MFC系统的优先研究内容与潜在应用领域。

人工湿地-微生物燃料电池对高碳氮废水的强化净化和产电研究

采用人工湿地-微生物燃料电池工艺(CW-MFC)进行高COD高氮污水的强化脱氮并产生电能。搭建两组反应器CW和CW-MFC,探究耦合方式对水体污染物去除能力,并进一步探讨CWMFC的电路连接方式、阴阳极间距、进水方式等运行条件对污染物去除能力和产电的影响。结果表明:CW-MFC较CW有更显著的水体污染物COD、NH_(4)^(+)-N的去除能力。在阴阳极间距为25 cm、阴极栽有湿地植物的闭合回路CW-MFC装置中,最大开路电压可达到648.90 mV,稳定运行的CWMFC装置对COD和氨氮的去除率分别为86.00%和84.77%。由于间歇进水时阳极DO浓度波动更大,而连续进水方式更利于营造稳定的厌氧阳极环境,故连续进水的污染物去除效果更佳。本研究为CWMFC生态强化脱氮提供理论依据。

人工湿地-微生物燃料电池系统的发展及展望

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统是一种新型生物电化学工艺。在该系统中,人工湿地为微生物燃料电池提供所需的氧化还原梯度和化学能,而微生物燃料电池可以提高人工湿地的处理效能并通过产电的方式回收能源,目前研究主要集中在水处理方面。本文结合近几年人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的发展,从系统构建和系统性能的影响因素两个方面综述了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究现状,其中影响因素包括系统的组成要素(湿地植物、电极材料、基质材料和微生物)和系统运行参数(有机负荷和废水成分、水力停留时间、溶解氧和进水方式)两个方面。最后提出了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统需要解决的主要问题:提高系统的库仑效率,进一步降低构建成本,提高系统去污及产电的综合性能,使该系统最终实现产业化。

人工湿地-微生物燃料电池技术在水处理中的研究进展

人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)作为水处理方面十分成熟的技术被广泛应用,但随着生态环境的恶化和科学技术的进步,社会对环境生态质量的要求越来越高,单一的水处理技术由于自身存在局限性难以满足高质量的要求,而人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)二者都是利用微生物的作用进行水处理,且MFC要求阳极保持无氧状态,阴极暴露在氧气中,这些氧化还原条件恰好可以在CW中实现。因此便出现将人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)耦合进行污水处理的研究,其不仅能更有效的处理污水,而且还能产生电能,具有非常好的发展前景。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统基质填料应用进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)系统是人工湿地和生物电化学技术的有机结合,选取合适的耦合系统填料尤其重要。文中基于国内外已有的研究,将填料的功能特性和应用进行总结归纳,分别从污染物去除效果和产电能力综述了各填料对于CW-MFC系统性能的影响,总结了填料存在的问题,并对今后的研究方向进行展望,以期为CW-MFC技术的发展和推广应用提供参考。

人工湿地-微生物燃料电池处理废水研究进展

人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)是一种环保和可持续的技术,同时实现污染物去除和发电。综述了CW-MFC系统废水处理机制及产电原理,主要从CW-MFC系统重要组成部分(包括微生物、植物、电极和基质材料)介绍了CW-MFC系统研究进展,最后展望了CW-MFC系统的研究方向。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统处理废水的应用进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)是一种新型污水处理及环保产能技术。该技术不仅可以增强污水处理能力,而且可以提高产电的能力,因符合资源的可持续利用而备受关注。目前研究应用于各种类型的水处理方面,但是由于库伦效率较低未能应用于实际。在简述CW-MFC系统的发展及研究现状的基础上,分别从系统的构成因素(构型、植物、电极间距和尺寸、基质等)和运行因素(有机负荷、水力停留时间、盐度等)2个方面,分析讨论了近几年CW-MFC系统对不同类型废水的处理效果和产电性能的影响,最后对该项技术今后潜在的研究和应用方向进行展望,为该技术处理废水范围的拓展以及实际应用提供帮助。

朗正环保主办的“2019人工湿地-微生物燃料电池国际研讨会”圆满落幕

由陕西朗正环保科技有限公司(以下简称“朗正环保”)作为第一主办单位联合主办的“2019人工湿地-微生物燃料电池国际研讨会(IWonCW-MFC)”于2019年12月14日-15日在西安市金花北路维也纳酒店成功举办。本次会议由国际水协会会士(FIWA)、西安理工大学/爱尔兰都柏林大学赵亚乾教授发起,由朗正环保、西安理工大学等联合主办,来自全国各地本领域专家、学者和企业界人士150余人参加了此次国际研讨会。