微生物燃料电池处理有机废水研究进展

简单介绍了微生物燃料电池(MFC)处理废水的发展历史、基本结构和工作原理,总结了国内外用MFC处理各类实际有机污废水时的试验条件、处理效果和产电的功率密度等方面的研究成果,探讨了MFC在实际应用中遇到的瓶颈,展望了用MFC处理实际有机污废水的应用前景。     

微生物燃料电池阳极区域传质模拟

目的 研究微生物燃料电池阳极区域内部传质过程.方法 在微生物燃料电池阳极区域传质过程分析的基础上,提出阳极区域传质的几何模型,建立底物扩散传质、质量守恒、生物反应动力学和电极反应动力学模型.通过对阳极区域传质过程的模拟,研究了底物一次性投加和多次投加过程中底物质量浓度、生物量和电极表面生物膜层的变化规律,同时考察了生物量和底物质量浓度对微生物燃料电池产电的影响.结果 在底物总投加量一定的情况下,多次投加培养的生物量比一次性投加培养的生物量多,底物分解速率多次投加快于一次投加;增加生物量有利于降低活化极化和浓差极化;高底物质量浓度增加了浓差极化,低底物质量浓度增加了活化极化.结论 利用微生物燃料电池数学模型可以对电池内部物质传递及生化反应过程进行数值模拟.     

不同电子受体微生物燃料电池处理含DCB废水试验

以碳刷为电极,分别采用高锰酸钾和铁氰化钾为阴极电子受体,构建双室型化学阴极微生物燃料电池(MFC),并以3,3′-二氯联苯胺(3,3′-dichlorobenzidine,DCB)和葡萄糖为共基质,研究DCB的降解特性及MFC的产电性能。结果表明:当电子受体浓度为500mg/L,DCB浓度50mg/L时,以高锰酸钾和铁氰化钾分别为电子受体的MFC最大开路电压相应达到741.1mV和277.2mV;MFC的输出电压随电子受体浓度的增大而增大;当外接电阻1 000Ω,DCB浓度为100mg/L时,两种电子受体的MFC均能获得最大输出电压,其中高锰酸钾阴极MFC为426.1mV,铁氰化钾阴极MFC为225.7mV,过高的DCB浓度会抑制MFC的产电效果;两种电子受体的MFC在49h内对DCB去除率均可达到70%左右。     

微生物燃料电池辅助转盘液膜光催化降解染料废水

为提高光催化反应中光生电子与空穴的分离效率,提出了微生物燃料电池产电辅助转盘式双极液膜光催化降解染料废水的方法。以苋菜红为目标污染物配制模拟染料废水,利用微生物燃料电池产电作为转盘液膜光催化反应器的外加电场,以期提高液膜光催化对染料废水的降解效率。通过考察微生物燃料电池组连接方式、转盘转速、废水初始浓度、p H值以及电解质浓度等因素,优化了光催化降解反应条件,并通过对降解中间产物的测定初步推测了苋菜红的光催化降解机制。结果表明,2组燃料电池串联可有效提高光催化降解效率,在转速为90r/min、p H值为4.40、废水初始浓度不高于40mg/L条件下可以实现理想的脱色率和脱色量;溶液电导率的增加对降解效果有抑制作用;MFC辅助光催化反应主要通过破坏染料分子中的偶氮共轭发色体系实现脱色,可对降解中间产物起到一定的矿化作用。     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

基于大肠杆菌催化的微生物燃料电池

使用不同PTFE含量的石墨/PTFE复合膜电极作微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)的阳极,通过大肠杆菌(Escherichia coli)的生物催化作用来获取电流.结果表明,细菌在电化学环境中会经历一个类似于自然选择的活化过程,经过电化学活化的细菌对葡萄糖的生物电催化活性显著提高.此外,复合电极中PTFE的含量能够显著影响微生物燃料电池中电流产生的效率.由恒阻和恒流2种放电模型得到的结果表明,在微生物燃料电池阳极上葡萄糖的电催化氧化涉及到2个动力学过程.     

平行启动的微生物燃料电池阳极微生物群落差异性解析

为揭示平行操作的微生物燃料电池(MFC)产电效能出现差异的原因,应用高通量测序技术对3个平行启动和运行的MFC阳极微生物群落的组成、丰度及多样性进行分析,探讨其差异性与反应器效能的关系.结果表明:表面上控制条件完全一致的平行MFC,其运行状态存在较大差异,反应器Mfc-1和Mfc-3可获得220~240 m V电压及1.85~2.33 W/m3的功率密度;Mfc-2电压一直较低,最高仅为120 m V.同一底物富集的MFC阳极微生物群落组成和丰度差异明显,Mfc-1和Mfc-3中富集了高丰度的有利于产电的微生物种属Anaeromusa、Dechloromonas、Geobacter;Mfc-2则存在较独特的与产电无关的高丰度种属Acinetobacter,这种优势种属的差异最终导致Mfc-2产电效能较差.表面上操作条件相同的平行MFC其阳极微生物优势类群可能存在显著差异,进而决定MFC产电效率的不同.应用MFC探讨其产电效能与影响因子关系时,需运行至少3个平行MFC反应器,以减少潜在的操作失误或缺陷,提高数据可靠性.     

葡萄糖在微生物燃料电池中的应用研究进展

简要介绍了微生物燃料电池的特点、发展历史与工作原理,重点概括了近年来葡萄糖作为最常用的有机底物在MFC利用废水产电应用中的研究进展,最后展望了微生物燃料电池的应用前景。     

污泥接种比例对微生物燃料电池的影响

为了研究污泥接种比例对微生物燃料电池(MFC)的影响作用,对比了污泥接种比例分别为5%、10%、20%、40%的4组MFC在驯化时间、产电性能、阳极微生物含量及菌群结构等方面的差异.结果表明,接种污泥比例过低,会削弱阳极对微生物的选择作用;较高的污泥接种比例有利于缩短MFC的驯化时间,并可提高MFC电动势;但是过高的污泥接种比例可能造成PEM堵塞,导致内阻增加、最大功率密度降低;最佳的污泥接种比例为10%.     

微生物燃料电池测定生活污水BOD方法

为缩短生化需氧量(BOD)检测时间,研究了一种基于空气阴极微生物燃料电池技术快速测定生活污水中BOD的方法.利用葡萄糖作为单一底物,研究电池电压输出和葡萄糖质量浓度的关系,发现二者遵循Monod方程式.在葡萄糖质量浓度小于100mg/L时,电压输出和葡萄糖质量浓度呈现良好的线性关系.利用空气生物燃料电池测定污水处理厂曝气沉砂池、初沉池和曝气池出水的BOD仅需10h,有效缩短了BOD的检测时间。     

单室空气阴极微生物燃料电池性能

以石墨毡为阳极、Pt/C为阴极、葡萄糖模拟废水为基质构建了一个单室空气阴极微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC),研究了电池内流体、不同葡萄糖底物质量浓度等条件对电池产电性能及污水处理效果的影响.研究结果表明:水流流量为15 mL/min、葡萄糖底物的质量浓度为1.0 g/L时,电池的最大功率为85.9 mW/m²,ACMFC运行48 h,对模拟废水的COD去除率可达81.6%.     

一种新生物质吸附去除水体中直接大红

法国梧桐球果制备生物吸附剂,研究了其对水体中直接大红的吸附作用,研究结果表明法国梧桐球果能有效的吸附水体中的直接大红.通过不同影响因素下(pH、吸附剂量和温度)的吸附试验,确定了试验的最佳条件,并且得出了吸附平衡和动力学参数.25℃时吸附经7 h接近平衡,并且随着温度升高吸附接近平衡的时间明显缩短,35℃和45℃时分别为3 h和2 h.试验结果显示吸附过程符合一级和二级动力学吸附模型,二级吸附方程的数据拟合优于一级吸附方程,由动力学常数可求得吸附过程的表观活化能Ea=536.7 kJ/mol.吸附等温线的研究表明直接大红吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,由Langmuir吸附等温方程可求得直接大红的最大吸附量为66.23 mg/g.     

沉积物微生物电池产电性能的研究进展

沉积物微生物电池(SMFC)因其结构简单,成本较低等优点,作为典型的无膜微生物燃料电池受到广泛关注。但是产电能力低下仍是制约其发展应用的因素,本文简单介绍了SMFC的工作原理及应用,对影响SMFC的产电性能的微生物、阳极材料、电极间距、外电阻、底物前处理和传质等因素进行了综述,同时对SMFC发展和研究方向做了展望。     

微型直接甲醇燃料电池的研究进展

为了更好地理解快速发展的微型直接甲醇燃料电池技术,分析了消费市场和国防系统对小体积、高性能的便携式电源的需求,总结了微型直接甲醇燃料电池技术的发展现状.微型直接甲醇燃料电池利用微机械加工技术制作,在笔记本电脑、手机、单兵系统、弹药引信等领域有广阔应用前景,因为它具有体积小、质量轻、能量密度高、环境友好等优点.但同时也因为微小尺寸效应,微型直接甲醇燃料电池中也存在产物管理、制造方法、膜电极制备、燃料供给等方面的技术难题.对目前微型直接甲醇燃料电池的研究状况进行深入调研,分析了影响燃料电池输出性能的关键因素,指出了微型直接甲醇燃料电池面向未来应用的发展趋势和所需要解决的技术挑战.     

高矿化度油田污水的微生物处理中间试验

根据八面河油田现场高矿化度采油污水的特征,利用高效可降解石油的高耐盐微生物,采用厌氧酸化水解-好氧接触氧化工艺进行了较为系统地研究。结果表明,八面河油田采油污水虽然矿化度很高,但完全可以应用耐盐微生物对其进行处理,实现采油污水的达标排放。隔油池-厌氧酸化水解池在八面河油田高矿化度采油污水COD去除中起主要作用,平均COD去除率在50.2%。系统去除氨氮的最佳气水体积比在14~16。单一接触氧化工艺与酸化水解-接触氧化工艺相比,去除COD效果都能满足国家污水二级排放标准,前者去除氨氮效果稍好,平均氨氮去除率约高4.2%。     

厌氧流化床微生物燃料电池堆栈产电性能

研究了三级液固厌氧流化床微生物燃料电池(MFC)串并联的产电性能。同时考察了活性炭装填高度、阳极面积等因素对燃料电池产电性能的影响。结果表明:将燃料电池串联时,总电压为1 500mV,等于3个单级电池的电压之和,能够有效地提高燃料电池的输出电压,最大功率密度为0.28W·m-2。而并联时,输出电压仅为450mV左右,和单级电池输出电压大体相当,最大功率密度为0.074W·m-2。活性炭的装填高度增加1倍,电压升高了20%左右。阳极面积增加1倍,产电量增大了30%。     

Numerical Modeling of Microbial Fuel Cell Based on Redox Electron Mediator

To investigate the behavior of redox electron mediator and its impact to power generation of microbial fuel cell ( MFC ) , this study carries out the numerical modeling of a typical two?chamber MFC bas...