同步产电及废水处理AFB-MFC电极研究

为了考察电极因素对微生物燃料电池产电及废水处理性能的影响,设计了一种新型厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC).研究了不同阴极电极材料,阴极与阳极面积以及阴极底边与阴极室底部距离对AFB-MFC产电及废水处理性能的影响.所有实验在阴极室曝气量为16～24 L/h、回流量为10.7 L/h、进水流量为0.6 L/h、外电阻为250 Ω以及进水COD浓度为3000.98～3789.44 mg/L下进行.结果表明,在尺寸大小均为15.0 cm×3.5cm的碳纸、铜板、铝板、镀锌铁板及铁板中,使用碳纸作阴极电极时AFB-MFC产电性能最好;阴极底边与阴极室底部的最佳距离为17.3～20.3 cm;使用面积为308.8、232.0、160.0和76.8 cm2的碳纸作阳极电极及面积为241.5、210.0、175.0和105.0 cm2碳纸作阴极时,阳极及阴极最佳面积分别为160.0和210.0 cm2.AFB-MFC系统最佳运行条件下COD的去除率维持在约80.00%.放大型AFB-MFC系统有利于今后工程实际应用.     

乙酸钠为基质的微生物燃料电池产电过程

以多孔碳纸为阳极,耐水性电催化材料为阴极,设计了无媒介双室微生物燃料电池(MFC).以厌氧污泥为出发菌株,乙酸钠为底物,外接一定负载条件下,进行MFC产电过程研究.分别研究进水质量浓度在800 mg/L,1200 mg/L,1600 mg/L,2000 mg/L,以及在外电阻条件为400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω,水力停留时间48 h时,负载两端的电压、功率密度、电化学池中生物量(VSS)和出水COD的变化规律.结果表明,进水质量浓度升高时,阳极池内生物量减少,COD去除率降低,MFC功率密度提高.在进水乙酸钠质量浓度为2000 mg/L时,MFC最高功率密度为35.71 mW/m2,电流密度为345 mA/m2.外电阻阻值降低后,平均出水COD升高,MFC电流升高,阳极池微生物产电能力增强.     

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%。     

生物产电加速厌氧堆肥污泥降解及产电性能

为解决污泥厌氧堆肥系统（AnC）运行周期长的问题,在AnC中设置电极引入生物产电技术加速污泥降解同时实现电能回收,构建微生物燃料电池（MFC）型厌氧堆肥系统（MFC-AnC）,考查MFC-AnC对污泥降解及产电性能.结果表明,以脱水污泥为堆肥底物、铁氰化钾为阴极电解液的MFC-AnC堆肥45 d后污泥有机质去除率达22.4%,对照组AnC中为17.7%.MFC-AnC开路电压可达0.84 V,最大功率密度为5.3 W/m3,内阻为98 Ω.增大污泥含水率可显著降低MFC-AnC内阻,提高产电性能.餐厨垃圾的添加可改善脱水污泥降解特性,促进厌氧堆肥顺利进行,降低MFC-AnC内阻.当餐厨垃圾∶脱水污泥体积比为0.5∶1时,获得系统最低内阻和最高输出电压,继续增大餐厨垃圾比例将使内阻升高.     

生物产电加速污泥湿地中有机物降解性能

为解决污泥处理湿地(sludge treatment wetland,STW)污泥降解能力弱的问题,首次提出在STW系统中嵌入生物产电装制,以加速污泥湿地处理过程中污泥有机物的降解性能,同时回收污泥生物质能.启动以美人蕉为湿地植物的微生物燃料电池—污泥处理湿地系统(MFC-STW),通过电化学测量与有机物分析,考察不同进泥负荷下污泥湿地处理系统的有机物降解及产电性能.结果表明,MFC-STW系统的输出电压、内阻、功率密度均随进泥负荷增大而升高.系统的最大电压和最大功率密度分别为0.794 V和0.268 W/m3.在负荷期内,MFC-STW系统下层积存污泥含水率为84%,TCOD降解率为74%,较STW系统分别提高7%和11%.说明生物产电可促进污泥湿地处理过程中的污泥脱水和有机物降解性能.     

有机负荷对厌氧活性污泥发酵产氢系统的影响

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),通过改变进水COD浓度与水力停留时间(HRT)2种方式,考察了有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵产氢系统产氢特性的影响.结果表明,在维持HRT 8 h、(35±1)℃不变的条件下,CSTR发酵产氢系统在进水COD浓度为6 000 mg/L(OLR为18 kg/(m3·d))时可获得较高的产氢量,平均为10.96 L/d;当进水COD浓度提高到8 000 mg/L(OLR为24 kg/(m3·d))时,系统产氢能力迅速下降.在维持进水COD浓度为6 000 mg/L、(35±1)℃不变的条件下,HRT为6 h(OLR为24 kg/(m3·d))时,CSTR发酵产氢系统的最大产氢量为16.2 L/d;当HRT降至4 h(OLR为36 kg/(m3·d))时,反应系统逐渐丧失了产氢能力.有机负荷过高,将引起了厌氧活性污泥发酵产氢系统内pH、碱度、氧化还原电位等生态条件的剧烈变化,不仅导致了厌氧活性污泥的微生物群落结构的改变,同时严重抑制了微生物的代谢活性.     

铁锰复合阴极MFC-EF耦合系统产电及降解RhB效能

为实现微生物燃料电池（MFC）微电的原位利用,结合电芬顿（EF）技术的优势,构建MFC-EF耦合系统.为进一步提高该耦合系统性能,在Fenton催化剂铁的基础上引入类芬顿（Fenton-like）催化剂锰,制备出铁锰双金属复合阴极（FeMnO_x/CF复合电极,其中CF指碳纤维刷）,并与碳纤维（CF）无负载电极、Fe&Fe₂O₃/CF复合电极对比,探究MFC-EF耦合系统的电化学性能及其对目标污染物罗丹明B（RhB）的降解效果.结果表明,铁锰复合电极成功负载了Fe和Mn的二元金属氧化物,提高了耦合系统的最大输出功率（5.47 W/m³）,降低了电池的内阻（109.00 Ω）,提高了RhB的去除率（91.60%）和矿化率（30.84%）.此外,FeMnO_x/CF复合电极摆脱了常规Fenton体系对阴极液pH的严格限制,扩大了MFC-EF耦合系统的阴极液pH范围.本研究实现了污染物处理过程中的资源再生和利用,有望为实际染料废水处理提供新的思路.     

镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的促进

为考察镁离子对微生物燃料电池阳极微生物产电性能的影响,利用电化学测量与高通量测序等方法对比研究不同浓度镁离子对微生物燃料电池阳极电势、电化学活性与阳极微生物群落结构等方面的促进作用.结果表明:当阳极底物中镁离子浓度分别为0.5(M1)、2.0(M2)和5.0 mmol/L(M3)时,微生物燃料电池阳极电势由对照组的-0.417 V(CK,vs.Ag/Ag Cl)分别降低至-0.443(M1)、-0.469(M2)和-0.477 V(M3).相应地,功率密度也由36.65 m W/m2(CK)分别提高至40.19(M1)、44.21(M2)和45.48 m W/m2(M3).此外,阳极微生物的电化学活性与产电微生物量均随阳极底物中镁离子浓度的升高得到显著提高,说明镁离子能够提高微生物燃料电池的功率输出,对胞外电子传递过程有重要作用.     

Performance of Sewage Sludge Treatment and Electricity Generation by Different Configuration Microbial Fuel Cells

This paper compared the degradation efficiency of sludge organic matters and electric-production by two typical microbial fuel cells——dual-chamber microbial fuel cell(DMFC)and single chamber air cathode microbial fuel cell(SAMFC),and the variations of sludge protein,polysaccharide and ammonia nitrogen within the systems were also investigated.The results showed that the concentration of sludge soluble chemical oxygen demand,protein and carbohydrate of DMFC are higher than these of SAMFC during the systems operation,while DMFC can achieve a better ammonia nitrogen removal than SAMFC.Under the same operation condition,the stable voltage output of DMFC and SAMFC is 0.61 V and 0.37 V;the maximum power density of DMFC and SAMFC is 2.79 W/m3and 1.25 W/m3;TCOD removal efficiency of DMFC and SAMFC is 34.14%and 28.63%for 12 d,respectively.Meanwhile,DMFC has a higher coulomb efficiency than SAMFC,but both are less than5%.The results showed that DMFC present a better performance on sludge degradation and electric-production.     

废水中难降解有机物共代谢实验研究

本文首先对水体中的难生物降解有机物进行了分析,提出采用微生物的共代谢方法进行降解;其次对共代谢机理、特点以及类型进行了详细地阐述;最后通过实验对多环芳烃及杂环化合物在共基质条件下厌氧生物降解性能的影响进行了研究.实验结果表明,微生物的共代谢作用使生物去除率进一步提高,同时指出该方法对于实际工程具有积极的指导作用.     

余热发电技术在炼锌企业中的应用

主要介绍了低温余热发电技术在国内某火法竖罐炼锌厂的应用。锌冶炼过程中汽化冷却系统和余热锅炉产生大量的饱和蒸汽、排放的中低温废烟气及蒸汽所含的低品位热量等可用来进行发电。对低温余热发电技术所涉及的主蒸汽系统、电气系统功能、热工自动化系统功能等部分的设计进行了说明。     

合成有机物对厌氧消化抑制机理分析

分别从微观及宏观角度分析了合成有机物对厌氧消化的抑制机理,得到了合成有机物抑制机理与其分子结构的相关关系,以及合成有机物抑制诱发有机酸积累和氢分压升高引起抑制放大的结论,并提出了合成有机物厌氧抑制放大图式。     

纳米孔钒酸铋光电极制备及其在光催化废水燃料电池中的应用

分析了一种独特的、基于过氧钒酸缓慢且可控的还原和转化的方法,用于在FTO基底制备纳米孔钒酸铋(BiVO_4)光阳极。结果表明,所制备的BiVO_4光阳极具有单斜白钨矿结构,以Ag/AgCl电极为参比电极,在0. 6 V的偏压下可获得高达1. 10 mA/cm~2的光电流密度。将其与铂修饰的多晶硅电池片光阴极复合构建光催化废水燃料电池。结果表明,其具有优越的降解盐酸四环素性能和良好的稳定性,在4 h内可将盐酸四环素去除70. 8%,而且系统在降解盐酸四环素的同时对外稳定产电。     

分布式光伏发电接入对用电客户功率因数的影响及计算方法探讨

分布式光伏电站接入用户内部电网一方面提高了用户的供电可靠性,另一方面对用户的功率因数计算造成了影响。目前我国执行的功率因数考核办法未能考虑分布式光伏等新型电源接入的影响。文中对分布式光伏所发的有功和无功电能对功率因数的影响进行了分析,提出了两种功率因数计算方法以减少光伏影响,并结合某用电企业的实际案例对两种计算方法进行了分析和比较。     

多水库系统发电最优调度研究

提出一种计算多水库系统（包括多级水库与水库群）发电最优调度的新算法，该算法以庞特里雅金（По HTPЯг иH）极大值原理与投影牛顿法（PNM）为基础。投影牛顿法用于直接求解控制变量的下一个迭代值。算法不需进行状态与控制变量的幅值离散化，避免复杂的高维矩阵运算，可有效地克服“维数灾”，具有收敛速度快，对于初始估计值要求不高，通过对某流域的实例计算说明算法的有效性。