希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中同时产电与脱色的研究及应用

采用厦门本土产电菌希瓦氏菌（Shewanella xiamenensis BC01）,在染料脱色的刺激产电条件下,比较应用其微生物燃料电池的可能性.在补强能源基质的条件与海生菌肉汤配方进行产电驯化作用,量化评估生物膜形成的产电与脱色的优劣,经由交流阻抗图谱获得产电机制.在不同培养基条件下,量化希瓦氏菌的稳定电压及优化条件,并推论高盐条件下电导、溶液电阻、产电模式及机制.结果表明,最高输出电压随着周期数增加而趋于稳定,其平均电压为278.9 mV,溶液电阻为30.73 Ω,电荷转移电阻为176Ω/cm^2;在一个运行周期内,希瓦氏菌均能在每个周期内完全脱色,最大比生长速率（SGR）为0.778 4 h^-1,最大比脱色速率（SDR）为82.63 mg/（L·h）,且微生物的染料脱色和生物产电两者彼此为竞争关系;随着电极间距的增大,希瓦氏菌微生物燃料电池的电导和盐度均不断地上升,发现电极间距在12.4 cm为最佳,希瓦氏菌的最适pH范围是5.3～7.0.研究希瓦氏菌在双槽式微生物燃料电池中的性能有利于同时产电与处理染料,此点对染料废水污染处理同时能源回收再利用确实具有永续发展的实质意义.

矩形与双筒型微生物燃料电池产电特性比较

比较了矩形和双筒型微生物燃料电池(MFC)在电池启动、电池阻抗、阳极上附着的生物量、阳极生物膜的电化学活性、电池性能等方面的差异。双筒型MFC阳离子交换膜面积较大且电极间距较小,因此具有启动快、电池阻抗低、阳极上附着的生物量多、阳极生物膜的电化学活性高等优点,也导致了其比功率较高为(52.54±0.02)W/m3,是矩形MFC的1.33倍。

大体积升流式微生物燃料电池处理模拟废水的研究

自行设计了总体积为10 L升流式微生物燃料电池(UMFC),以铁氰化钾为阴极电子受体,研究不同水力停留时间,回流比和外电阻对UMFC处理模拟废水和产电能力的影响。结果表明,UMFC在无回流、HRT为6 h时的产电效率最佳,得到的最大功率密度为21.4 mW.m-2,COD去除率为22.7%。增加回流后,当体积回流比100%时,最大功率密度提高了12.5%～13.3%,COD去除率提高了37.7%～52.9%。改变外电阻后,发现小电阻有助于提高UMFC对COD的降解能力。

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。

微生物燃料电池同步硝化反硝化脱氮产电研究

构建了三室双阴极MFC系统,对系统同步硝化反硝化脱氮产电性能进行了研究,考察了进水COD、NO-3-N和NH+4-N浓度对系统脱氮产电性能的影响。结果表明,该MFC系统对COD和NH+4-N具有良好的去除效果,去除率分别高达98%和95%以上,反硝化和产电能力受进水COD、NO-3-N和NH+4-N初始浓度的影响较大,NO-3-N最大去除率73.6%,厌氧阳极、缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88,0.74 W/m3和0.59 W/m3,阳极和缺氧阴极的最大库伦效率分别只有27.6%和63%,说明有其他非电化学反应过程的存在。实验结果也表明好氧阴极和缺氧阴极之间存在着对电子的竞争作用,NH+4和电极之间存在着对O2的竞争。

人工湿地微生物燃料电池对典型PPCPs的去除研究

医药品和个人护理品(PPCPs)是一类生物蓄积性强且难降解的化学物质,并能够随着自然界的物质循环不断迁移和转化,侵入自然水体并对动物和人类健康造成潜在威胁。以布洛芬(IBP)和双氯芬酸(DCF)为典型的PPCPs,探究CW-MFC装置对PPCPs的去除效果,并以葡萄糖(Glu)、蔗糖(Suc)、醋酸钠(Sa)3种不同有机物作为碳源与PPCPs进行共代谢处理。结果表明:稳定运行的CWMFC装置对IBP和DCF的去除率分别为95.02%和86.41%。IBP的添加对污水处理效能没有明显影响,而DCF对系统的净化效果起到了一定阻碍作用。共基质种类的不同对IBP和DCF的去除有影响,Sa和Suc由于其被微生物利用的难易程度的不同,对PPCPs和COD的去除都有不利的影响,以Glu作为碳源时,污染物的去除效果最佳。

双筒型微生物燃料电池生物阴极反硝化研究

利用双筒型微生物燃料电池生物阴极实现电反硝化脱氮,考察外电阻大小、进水硝酸盐和有机物浓度对产电和反硝化的影响.当外电阻从50Ω下降到5Ω,硝酸盐去除速率由0.26 mg/(L.h)上升到0.76 mg/(L.h);在外电阻为5Ω时,亚硝氮积累浓度达55 mg/L;硝酸盐起始浓度在20～120 mg/L时硝酸盐降解满足0级反应,硝酸盐浓度对MFC产电影响不显著;亚硝氮的积累浓度随硝酸盐起始浓度增加而增加,最高可达到35 mg/L;有机物的加入能提高阴极反硝化速度,避免亚硝酸盐积累,对MFC产电影响不大.

双筒型微生物燃料电池产电及污水净化特性的研究

构建了双筒型微生物燃料电池并考察了产电和污水净化特性,在此基础上考察不同阳极填料对微生物燃料电池产电的影响.通过稳态放电法和电流中断法测量得到微生物燃料电池的内阻,以颗粒石墨作为阳极填料的双筒型微生物燃料电池内阻为38.9Ω,阳极内阻、欧姆内阻和阴极内阻分别为5.1、14.1和18.7Ω,最大产电功率密度为6253mW/m3,双筒型微生物燃料电池的构型能有效提高单位体积质子膜面积.双筒型微生物燃料电池对COD的去除负荷为1.6kg/(m3.d),库仑效率约为10%～12%.阳极填料为大颗粒石墨、小颗粒石墨、碳毡和穿孔型碳毡的双筒型微生物燃料电池的内阻分别为47、39、28和33Ω,稳定运行周期分别为20、18、11和18d.从兼顾产电和稳定运行角度出发,穿孔型碳毡和小颗粒石墨更适合用作MFC阳极填料.

双圆筒曝气阴极微生物燃料电池处理猪场废水研究

通过构建双圆筒曝气阴极微生物燃料电池(MFC)系统并处理实际猪场废水,可使能源利用与环境保护紧密结合。研究了系统的启动过程,启动完成后微生物在电极表面的形态,以及稳定运行过程中输出电压的变化、对COD的去除效果、最大功率密度、表观内阻、库仑效率。结果表明:采用实际猪场废水成功启动MFC后,阳极表面附着大量的球菌。稳定运行一个周期,能够获得700mV的稳定输出电压,对COD的去除率为74.8%,库仑效率为12.8%,最大输出功率密度为1.02W/m^2,表观内阻为23.25Ω,开路电压为821.5mV。而在优化条件下,能获得600mV的稳定输出电压,对COD的去除率为73.8%,库仑效率为20.9%。

LDH改性电极强化CW-MFC耦合系统深度处理污水研究

构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统,探究了层状双氢氧化物(LDH)材料改性电极对CW-MFC系统运行性能及其微生物群落结构的影响。结果表明,LDH材料的结构及其中的Fe、Ni元素显著影响电极生物膜中的微生物群落结构及与脱碳除氮相关的功能微生物数量,聚苯胺(PANI)的添加增强了LDH的电导率,这些因素共同作用改善了系统的污染物去除性能和产电性能。其中,阴阳极均用FeNi-LDH/PANI改性的反应器的性能最好,其COD、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的去除率分别为95.68%、96.72%和95.32%,出水水质可达到地表水Ⅱ类标准;该系统稳定运行期间的平均输出电压为108.96 mV,最大功率密度可达到1.99 W/m^(3)。

外电阻对双阴极微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

为提高双阴极MFC的脱氮产电性能,构建了双阴极微生物燃料电池系统,考察了连续进水状态下阳极与缺氧阴极间外阻(RA-A)以及阳极与好氧阴极间外阻(RA-O)的变化对系统脱氮产电性能的影响。结果表明:只增大一侧电阻会降低厌氧阳极的库仑效率和功率密度,但能提高系统的脱氮效果;当RA-O由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由43.81%提高到60.71%,当RA-A由200Ω增大到1 000Ω时,TN去除率由38.88%提高到61.52%;当总外阻固定在1 000Ω时,两侧电阻变化不影响阳极的功率密度和库仑效率,其分别保持在305.53 mW·m-3和0.35%左右;电阻组合(RA-A/RA-O)由500Ω/500Ω变化为100Ω/900Ω,TN去除率由62.32%提高到64.41%;系统的硝化效果随RA-O的增大而增强,反硝化效果随RA-A的减小而增强,总氮去除效果随总外阻的增大而提升。低RA-A与高RA-O的外阻组合能有效提高双阴极三室MFC的脱氮能力。增大总外阻,系统产电性能降低,阳极表面微生物膜氧化性不断减弱,总外阻不变,阳极表面氧化性变化不大。研究探明了外电阻变化对三室双阴极MFC脱氮产电性能的影响,为进一步提高MFC脱氮产电性能提供参考。

分配比对分段进水双阴极MFC脱氮产电性能的影响

为提高双阴极MFC的脱氮性能,构建了分段进水的双阴极微生物燃料电池系统,以考察了厌氧室和缺氧室分段进水的进水分配比MFC脱氮产电性能的影响。通过监测实验过程中各极室NO3--N、NO2--N、NH4+-N、COD的去除情况以及MFC各项产电指标的变化情况,分析进水分配比对电池性能的影响。结果表明:采用分段进水的MFC能有效提高MFC对总氮的去除效果,进水配水比为1∶1时对TN的去除效果最好,去除率由49.89%提升至79.94%;缺氧室进水流量越高对NO3--N的去除效果越好,进水配水1∶3时,NO3--N出水浓度由17.28 mg·L-1降至2.93 mg·L-1。分段进水对产电性能的抑制明显,尤其是在缺氧阴极,缺氧室进水流量越高抑制越明显,缺氧阴极的功率密度由100.63 mW·m-3降低至0.03 mW·m-3。本研究探明了进水配水比对分段进水双阴极MFC脱氮产电性能的影响,为进一步提高MFC脱氮产电性能提供依据。

基于双联流化床固体废弃物共气化的固体氧化物燃料电池分布式冷热电三联供系统研究

农林废弃物、生活垃圾和污泥是小城镇和周边农村地区主要的含能固体废弃物资源,将这些废弃物通过分布式能源系统就地处理具有能量利用效率高同时缓解运输压力等优点。文中提出生物质-生活垃圾-固体废弃物双流化床气化协同固体氧化物燃料电池分布式冷热电三联供系统,由双联流化床气化单元、燃料电池发电单元、制冷和供热单元组成。使用Aspen Plus建模计算,研究了气化参数和燃料电池工作参数对系统性能指标的影响关系。该系统冬季热电综合效率最高可达85%,夏季热电综合效率最高可达80%。气化温度和蒸汽/燃料比提高会导致系统能量效率降低,气化温度越高各单元火用效率越低,蒸汽/燃料比为1时各单元火用效率达到最大。燃料电池燃料利用率的增加对系统能量效率也有不利影响,但是明显有利于各子单元的火用效率;燃料电池工作温度的提高可以增加系统效率,但对各单元火用效率影响微弱;燃料电池压力的增加会导致冬季热电综合效率略微下降,而夏季热电综合效率却有上升,各子单元火用效率都有较大的提升。

微生物燃料电池:处理污水发电两不误

由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。电池装置和氢燃料电池有点相似，是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。和氢燃料电池不同的是，微生物燃料电池是单一反应槽，

污水反硝化除磷产电装置启动研究

反硝化除磷产电装置以连续流双污泥反硝化除磷工艺为基础,以厌氧池和中沉池分别作为微生物燃料电池的阳极室和阴极室,以模拟的生活污水作为处理对象。反硝化除磷产电装置稳定运行2个月后,COD、氨氮和磷的平均去除率分别为65.56%,57.16%和53.79%,最高去除率分别达到了75%,75%和65%,产生的电压和电流强度的平均值分别为0.58 V和6.31 m A,最高电压值达到了0.7 V。反硝化除磷产电装置的成功启动与运行,不仅去除了生活污水中的COD、氨氮和磷,同时产生了稳定的电能,实现了反硝化除磷与微生物燃料电池的耦合,为反硝化除磷产电工艺的深入研究奠定了基础。