微生物燃料电池-人工湿地耦合系统处理污水及产电性能研究

以芦苇为湿地植物构建微生物燃料电池-人工湿地耦合系统(MFC-CW),研究进水COD、水力停留时间(HRT)及阴极曝气量对MFC-CW产电和污水净化性能的影响。结果表明:MFC-CW系统经驯化后能够稳定运行,在净化污水的同时产电。随着进水COD的增大,MFC-CW系统的输出电压及COD去除率均先增大后减小,在COD为200 mg/L时系统产电量最大,为294 m V;COD为300 mg/L时系统COD去除率最大,为89.4%。随着HRT的增大,系统输出电压先增大后减小,在HRT为3 d时达到最大,为280 m V;系统COD去除率先增大后趋于平稳,HRT为3 d时去除率最高,为86%。系统输出电压及COD去除率随阴极曝气量的增大而增大,但其增长的速率逐渐减小。选择最适阴极曝气量时需要综合考虑输出电压、污水净化效果及经济成本。综合考虑各因素,优选0.075 m^3/h为最佳曝气量。

厌氧阳极铵根离子透过质子交换膜的特性

建立双阴极微生物燃料电池产电装置,研究了装置物化作用下对厌氧阳极氨损失的影响。结果表明部分铵根离子能透过质子交换膜。此外,好氧池曝气使阴极附近的局部p H升高使得铵根离子变成易挥发的氨态氮,减小了好氧池、厌氧池的浓度差,削弱了铵根离子透过膜的作用,此时阳极氨氮减少了31%。另一方面,电流强度对铵根离子透过质子交换膜有促进作用。当好氧池、厌氧池、缺氧池全闭合运行2 h时,由于电流产生,阳极氨氮增加值为7.13 mg/L,增加了58%。研究结果对A2/O工艺耦合微生物燃料电池中氨损失的机理探究提供了理论基础。

阳极施加恒电位对EAM-MFC启动性能改善的研究

微生物燃料电池(MFC)普遍存在启动速度慢的现象,且启动方式对阴阳极性能影响较大.通过对阳极施加恒电位对比分析了恒电位对以导电曝气膜组件为生物阴极的微生物燃料电池(EAM-MFC)系统启动过程和生物阴极性能作用的影响.结果表明,在系统阳极施加-290mV恒电位的启动方式较常规方式,能够在使系统启动周期缩短的同时明显提升阴极脱氮性能,阴极电势和电池的输出电压分别较常规启动方式提高(84±1.51)mV和(127±2.09)mV;阴极室COD、氨氮、总氮去除率分别提高32.77%、10.09%和21.42%;此外,外加电位能够刺激阴极生物膜上反硝化微生物的生长.

双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水

基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),针对阴极分别接种活性污泥(A-MFC)和反硝化细菌(D-MFC),研究其产电情况和硝酸盐废水去除效果。结果表明,在产电的同时都可有效去除废水中的硝酸盐污染物。在外接电阻100Ω的情况下,2种MFC均具有良好的产电性能,A-MFC和D-MFC达到的最大输出电压分别为119.6 mV和117.2mV,最大功率密度分别为23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同时两者在阴极室的平均反硝化速率分别为1.86 mg/(L.d)和2.19 mg/(L.d),阳极室的平均COD去除率分别为81.9%和82.4%。另外,通过扫描电镜观察可知,A-MFC和D-MFC阴极碳布表面形貌存在差异,并且阳极与阴极碳布表面形貌差异显著。

铁氰化钾对双室微生物燃料电池曝气阴极性能的改善

为研究铁氰化钾对双室微生物燃料电池(MFC)阴极性能的改善效果,以碳毡和碳棒作为复合电极材料,乙酸钠为阳极电子供体,分别以氧气、铁氰化钾和氧气交替作为阴极电子受体。通过测定使用铁氰化钾作阴极电极液之前和之后的曝气阴极MFC的功率密度及极化曲线,比较曝气阴极MFC的内阻、开路电压(OCV)和最大输出功率的变化情况。实验结果表明,当以铁氰化钾作为MFC阴极电子受体时,MFC的内阻、开路电压和最大输出功率分别为24.2Ω、744.2 m V和33.7 W/m3。曝气阴极MFC在采用铁氰化钾作电极液对阴极性能进行改善之前和改善之后的内阻由77.2Ω降低到40.1Ω,OCV和最大输出功率分别由517.9 m V和2.1 W/m3提高到558.2 m V和4.4 W/m3。研究表明,铁氰化钾本身不仅具有优良的接受电子的能力,而且对电极材料(碳毡和碳棒)的电化学性能具有明显的改善作用,使得使用铁氰化钾之后的曝气阴极MFC的产电性能有了明显且持久性的提高。

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%。