微生物燃料电池降解啤酒废水及同步产电特性

通过构建无媒介双室型微生物燃料电池(MFC),考察其降解啤酒废水的效果及同步产电特性。研究了外接电阻、温度和阴极曝气等条件对MFC产电的影响,监测了电池外电压和电极电势的变化过程,分析了微生物燃料电池的运行机理。通过稳态放电法得到以碳纤维布作为阳极材料的双室型微生物燃料电池的内阻为1 000Ω,最大产电功率密度为375 mW/m2。以啤酒废水为底物的MFC对COD的去除率为84%左右,外电压为0.21 V,库仑效率约为15%;而在以葡萄糖为底物的条件下,MFC的外电压为0.3 V,对COD的去除率为89%,产电性能及除污效率均有所提高。     

碱处理污泥为底物的微生物燃料电池产电特性

利用剩余污泥作为接种体,在不添加任何营养元素的情况下,成功启动了两室型微生物燃料电池(MFC)。对剩余污泥进行碱解预处理,考察将其作为MFC底物的可行性,同时分析了剩余污泥经不同时间的碱处理,MFC产电性能的变化及其对污泥的降解效果。结果表明:利用碱预处理污泥作为底物时,MFC的稳定输出电压、最大产电功率密度和对TCOD的去除率均提高,同时周期运行时间延长。并且,随着碱处理时间的延长,MFC的稳定输出电压、产电功率密度和对TCOD的去除率均增大。当碱处理时间为24 h时,稳定输出电压达到630 mV(外阻R=500Ω),最大产电功率密度为11.73 W/m3,对TCOD的去除率为25.3%。这与碱处理使得固体有机物被水解有关。     

小球藻生物阴极MFC处理养猪废水及产电性能

针对规模化养猪场废水特点和目前处理技术存在的问题,构建了小球藻生物阴极微生物燃料电池(MFC),探索利用MFC同步处理养猪场废水及回收电能的可行性。当阳极底物COD由510 mg/L增加至4 250 mg/L时,电池的最大输出电压由279. 16 m V提高到501. 16 m V,最大功率密度从271. 15 m W/m3提高到907. 52 m W/m3,对应的内阻由795. 93Ω降至256. 7Ω;随着阳极底物COD浓度的增加,MFC阳极中COD去除率逐渐提高,并在COD为4 250 mg/L时达到最大,为98. 29%。然而,电池库仑效率却由5. 97%降至2. 86%,且NH4+-N和TP的去除率也呈下降趋势。结合产电性能、污染物降解能力以及库仑效率等方面进行分析评价,在阳极底物COD为950 mg/L、NH4+-N约为55 mg/L、TP约为10 mg/L时,MFC的产电和有机物降解综合性能表现最佳。可见,小球藻生物阴极MFC可降解养猪场废水中的COD并利用污染物质产电。     

ABR/MFC/MEC处理粪便黑水的启动与同步脱氮除碳

为探究耦合微生物电化学系统对于粪便黑水的同步脱氮除碳过程,考察了厌氧折流板反应器(ABR)、微生物燃料电池(MFC)以及微生物电解池(MEC)等三个反应器的独立启动过程以及耦合(AMM)反应器的同步脱氮除碳效果。采用间歇增加COD的方式ABR反应器能快速启动,COD去除率可达81.2%,对氨氮的最大去除率能达到50.0%。在启动过程中,双室型MFC阴极充入氧气可很大程度上提高输出电压。维持曝气量为500 m L/min时,对COD和氨氮的去除率可分别达到90.0%和95.6%。MEC启动结果表明,电压为0.5 V时COD降解率为86.4%,随着外加电压的增大,对氨氮的去除效果逐渐提高,外加电压为0.7 V时去除率可达到65.0%。对于AMM反应器而言,其效果均优于三个独立系统,出水COD和氨氮浓度可分别维持在50和28 mg/L以下。     

表面改性碳纳米管粉体在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池(MFC)是一种集产电和污水净化为一体的新型水处理技术,但产电性能低限制了MFC的推广应用.为了提高MFC的产电性能,在阳极室投加表面改性的碳纳米管(CNTs)粉体,以加速阳极产电生物膜的形成,同时提高整个生物膜的产电能力.投加经过氨气处理的CNTs粉体后,MFC运行仅4 h其输出电压即升至400 mV;投加经过混酸处理后的CNTs粉体,得到了MFC的最大产电功率密度为(236±5)mW/m<'2>,相对于对照组则提高了约40%.氨基的引入是启动时间缩短的主要原因,而阳极内阻的降低是产电功率密度得以提高的主要原因.     

两瓶型微生物燃料电池处理垃圾渗滤液的研究

采用两瓶型微生物燃料电池(MFC)处理垃圾渗滤液,考察了其产电情况和对污染物的降解效果.结果表明:渗滤液中的有机物在阳极室得到了较好的去除,当进水COD为1 105mg/L时,对COD的去除率约为78.3%.随着渗滤液比例的增大,电流密度和功率密度逐步下降,这是由于阳极室溶液的电导率下降造成的.随着渗滤液浓度的增加,输出电压、电流密度和功率密度增大,同时MFC的产电周期明显延长,从COD为502 mg/L时的4d增加到COD为1105mg/L时的近7d.当以渗滤液为底物时,相比以乙酸钠为底物的情况,MFC的最大功率密度有所降低,从2.0 W/m3下降为0.78 W/m3,内阻也有所增大,从300Ω增加到约500Ω.     

微波协同低碱预处理对污泥MFC性能的影响

分别以原泥、微波预处理污泥和微波协同低碱预处理污泥为微生物燃料电池(MFC)的阳极底物,通过比较其产电性能和污泥泥质变化,考察微波协同低碱预处理技术对改善MFC污泥资源化效果的影响。结果表明,污泥经微波协同低碱预处理后,进一步提高了MFC的产电能力和污泥降解效果。微波协同低碱预处理组的稳定输出电压升至(610±10)m V(外阻R=500Ω),稳定时间延长至17 d;最大产电功率密度提高到14.90 W/m3;反应器运行23 d,对TCOD的去除率增至43.5%,库仑效率提高到6.59%。随着反应器的运行,以预处理污泥为底物的MFC,污泥SCOD浓度先下降后上升,而以原泥为底物时污泥SCOD浓度始终处于上升趋势;氨氮浓度随反应器运行先上升然后逐渐降低;污泥p H值一直下降,且微波协同低碱预处理组下降最多。     

硝酸化学改性碳毡空气阴极的性能

采用HNO3对碳毡进行化学改性,改性碳毡吸附用浸渍法制得的硝酸铁/活性炭粉催化剂,从而得到Fe/C催化剂碳毡空气阴极。通过稳态放电法和循环伏安测试等分析手段,研究了HNO3化学氧化时间对改性碳毡吸附Fe/C催化剂量、改性碳毡空气阴极电导率、改性碳毡空气阴极MFC产电性能和电池放电容量的影响,以及最优改性时间下的Fe/C催化剂碳毡空气阴极MFC处理垃圾渗滤液的性能及其运行稳定性。结果表明,随着HNO3化学氧化碳毡时间的延长,碳毡吸附的Fe/C催化剂量增多,改性碳毡空气阴极电导率增大并最终趋于稳定,改性碳毡空气阴极MFC的产电性能逐步提高,达到峰值后逐渐降低;改性碳毡吸附的催化剂过量,会增加电池内阻从而降低其产电性能;HNO3化学氧化碳毡的最佳时间为6 h,MFC最大输出功率密度为6 265.67mW/m3,与未改性相比,增加了2.4倍,电池内阻为358Ω;循环伏安测试进一步表明,碳毡化学改性时间为6 h时MFC的放电容量最大,且性能稳定;在最佳改性时间下MFC对COD和氨氮的最大去除率分别为91.2%和46.8%。     

EGSB预处理高温PVC离心母液废水的研究

以EGSB反应器作为预处理系统处理高温、低浓度、难降解的PVC离心母液化工废水,通过逐渐增加PVC离心母液废水占葡萄糖模拟废水比例的方法来驯化厌氧微生物,在容积负荷和水力停留时间分别保持在0.2 kgCOD/(m3·d)和50 h左右时,对COD的去除率维持在约80%,实现了系统的成功启动.继续提升负荷以考察系统的最大处理效能,当容积负荷达到0.6kgCOD/(m3·d)、水力停留时间为16 h时,对COD的去除率也能达到70%左右.对停止运行2个月的反应器,通过逐渐增加负荷的方式运行,系统能在12 d内完成启动.该系统运行高效、稳定,大大减轻了后续处理工艺的负荷,为PVC离心母液后续处理工艺的连续稳定运行提供了保证.     

阳极厚度对填料型微生物燃料电池产电性能的影响

在阴极厚度(100mm)一致时,研究了不同阳极厚度(100、30和10mm)对填料型微生物燃料电池内阻、功率密度和库仑效率的影响.以乙酸钠为基质,采用厌氧污泥接种,三个反应器的启动期基本相同(10～11d).运行稳定后,三个反应器的内阻分别为(19.7±5.1)、(19.9± 5.4)、(22.2±6.0)Ω,阳极内阻分别为(1.1±0.2)、(1.6±0.4)、(3.4±0.2)Ω;最大面积功率密度分别为(689±128)、(672±74)、(637±87)mW/m2;最大体积功率密度分别为(3.4±0.6)、(5.2±0.6)、(5.8±0.8)W/m3;库仑效率分别为(15.1±1.8)%、(18.8±2.1)%和(19.6±0.8)%.可见,随着阳极厚度的增大,反应器的内阻减小,最大面积功率密度增大,但体积功率密度和库仑效率减小.     

生物阴极微生物燃料电池产电性能的研究

构建了一个生物阴极微生物燃料电池,研究了外阻、基质初始浓度、缓冲溶液对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明:当外阻≥50Ω时,微生物燃料电池能稳定运行,其库仑效率随着外阻的减小而增大;微生物燃料电池稳定运行的时间随着基质初始浓度的增大而增加,但库仑效率随着基质浓度的增大而减小;缓冲溶液能提高微生物燃料电池的输出电压和库仑效率,使溶液的pH保持在中性附近,有利于微生物的生长。     

利用啤酒废水发电的上流式生物燃料电池研究

以颗粒活性炭为阳极、气体扩散电极为阴极,以啤酒废水为基质构建了上流式直接空气阴极生物燃料电池(UACMFC),在连续运行条件下考察了其产电性能及进水COD浓度、外接电阻对电池性能的影响。结果表明,啤酒废水的COD浓度越大,UACMFC的输出电压和输出功率就越高,当COD为1 953 mg/L时,UACMFC的最大功率密度为13.54 W/m3;随着外接电阻的增大,对COD的去除量和库仑效率不断减小。试验结果表明,以啤酒废水作为生物燃料电池的燃料进行同步发电和降解有机物具有可行性。     

植物阴极-沉积型微生物燃料电池处理含铬废水

应用植物阴极-沉积型微生物燃料电池(PC-SMFC)系统处理含铬废水及沉积物,探究了阴极材料和植物对PC-SMFC系统去除污染物效果及产电性能的影响。结果表明,以不锈钢网为阴极集电装置、菖蒲为植物的PC-SMFC装置的处理效果最佳,当上覆水Cr⁶⁺初始浓度为108.14mg/L、COD初始浓度为978 mg/L时,可获得的最大输出电压和输出功率密度分别为0.499 0 V和14.87 mW/m²,对上覆水中COD、Cr⁶⁺的去除率分别为93.66%和99.29%,对沉积物中有机质和Cr⁶⁺的去除率分别为15.69%和79.11%,对总铬的固定率为65.33%。经PC-SMFC系统处理后,各装置沉积物中生物有效态铬向较为稳定的铁锰结合态和残渣态铬转化,即PC-SMFC对稳定沉积物中的铬具有促进意义。     

ABR处理低浓度有机废水的启动方式研究

对ABR处理低浓度有机废水的启动方式进行了试验研究.结果表明:固定HRT、逐步提高进水COD浓度的启动方式,可使ABR反应器于90 d内完成启动,其对COD的去除率达到80%,系统运行较稳定,但污泥颗粒比较松散;而固定进水COD浓度、缩短HRT的启动方式,49 d就可使ABR对COD的去除率达到80%,且污泥颗粒化程度较高.     

ABR/BCO一体化反应器处理化工废水的效能研究

结合厌氧折流板反应器(ABR)和生物接触氧化池(BCO)构建一体化反应器(IAOR)并处理化工废水,采用递增负荷的方式启动反应器,连续运行96 d后完成启动,分别考察了厌氧反应器和好氧反应器在启动阶段对COD及氨氮的去除效率,以及稳定运行阶段系统对COD、NH_3-N及硝基苯的去除效果。结果表明:一体化反应器对COD、NH_3-N、硝基苯的去除率分别可达86%、95%、98%,且处理成本低,出水水质稳定。     

人工湿地—微生物燃料电池强化尾水脱氮产电效能

采用人工湿地—微生物燃料电池工艺(CW—MFCs)处理城市污水厂尾水,强化脱氮并产生电能。分别以氨氮(Ⅰ号反应器)和硝态氮(Ⅱ号反应器)作为单一氮源,考察了两组反应器的COD、氨氮、硝态氮去除率及输出电压。结果表明,Ⅰ号反应器的COD去除率高于Ⅱ号反应器,最高达到78.81%;两组装置对氨氮/硝态氮的去除率均平稳上升;Ⅰ号反应器的产出电压和最大功率密度分别达到了126 mV和6.01 mW/m~3,高于Ⅱ号反应器(58 mV、1.12 mW/m~3)。通过检测DO、COD和氮浓度的分布发现,Ⅰ号反应器中的DO分布梯度大于Ⅱ号反应器,COD的去除主要发生在阳极区,硝化反应主要发生在阴极区,反硝化反应主要发生在阳极区。     

离子膜在填料型微生物燃料电池中的应用

利用不同廉价离子交换膜作为填料型微生物燃料电池(MFC)的分隔材料,考察其运行情况,表征其内阻、极化曲线、功率密度、膜面电阻以及对有机物和氧气的扩散系数。结果表明:相比以阳离子交换膜作为分隔材料的MFC(CMFC),以阴离子交换膜作为分隔材料的MFC(AMFC)内阻更低,功率密度更高,最大功率密度可达2.4 W/m2。在长期运行过程中AMFC的内阻及膜面电阻变化均较小。长期运行后,阳离子交换膜靠着阴极侧沉积较多的盐类,而阴离子交换膜则未观测到。阴离子交换膜对NaAc的阻隔效果较阳离子交换膜差,而对葡萄糖的阻隔效果与阳离子交换膜相差不大,阻隔氧和有机物最好的为CM3型阳离子膜。     

含盐城镇污水处理系统活性污泥启动研究

采用CASS工艺以高盐榨菜废水尾与城镇污水协同处理为研究对象,考察盐废水作用下城镇污水生物处理系统的启动特征。研究结果表明：在含盐废水作用下,采用直接启动方式能够使协同处理中试反应器出水达GB18918-2002一级B排水标准,且稳定运行期间,污染物COD、氨氮、总氮、总磷和SS的去除率分别为88.5%、80.2%、68.4%、73.3%和95.1%。     

SAMBR工艺处理乳品废水的启动调试及运行

通过对上海某乳品厂废水水量、水质的调查,采用浸没式厌氧膜生物反应器(SAMBR)工艺处理该乳品废水。设计了一套处理水量为20 m3/d的乳品废水处理设施,通过调控循环泵的启停来实现泥水的混合,通过调控系统设备参数来实现对有机物的去除和控制膜污染。采用好氧活性污泥预挂膜的方式进行微生物膜的培养与驯化,按比例投加葡萄糖和乳品废水,约48 d后微生物膜培养成功。从整个启动调试过程来看,SAMBR微生物膜的培养较为简单、启动周期较短。实际运行结果表明,SAMBR工艺对COD的平均去除率达到97.5%,对TP的平均去除率达到74.5%,运行稳定,耐冲击负荷,出水水质较好。     

厌氧系统的快速启动研究

厌氧系统的快速启动是厌氧工艺运转的前提和关键.试验摒弃了单纯依靠增加有机负荷来驯化系统适应新水质的传统方法,而是通过将接种污泥所属厌氧系统出水和油漆厂待处理废水的混合水作为进水,这一方法同时具有补充菌种和帮助微生物尽快适应进水水质的优点.结果表明:厌氧系统仅需16 d就实现了快速启动,当进水COD值在6 500 mg/L左右时,出水COD值能降到2 200 mg/L左右,去除率稳定在65%左右,系统运行性能稳定.