厌氧流化床微生物燃料电池处理间甲酚废水及产电性能研究

以某水处理厂厌氧消化池活性污泥为接种体,间甲酚模拟废水为阳极液,构建了厌氧流化床单室无膜空气阴极微生物燃料电池(AFB-SMFC)。研究了开路和闭路操作条件下间甲酚的降解性能及其动力学,探讨了电化学作用与微生物降酚能力之间的关系,考察了外电阻、间甲酚浓度对AFB-SMFC降酚及产电性能的影响。结果表明:AFB-SMFC在闭路条件下的平均降酚速率为15.29 mg/(L·h),比开路条件(11.18 mg·L~(-1)·h~(-1))下提高了37%;闭路和开路条件下间甲酚降解反应均遵循零级动力学方程:-d St/dt=k;当外电阻为5 000Ω时,电池的产电性能最好,而外电阻为1 000Ω时间甲酚的去除率最高;当间甲酚初始浓度为570~630 mg/L时,AFBSMFC的产电性能和降酚效果俱佳,最大功率密度为324.4 m W/m~2,间甲酚去除率为96.2%。     

处理过的老龄垃圾渗滤液为阴极液的微生物燃料电池性能研究

处理过的老龄垃圾渗滤液与好氧污泥悬浊液的混合液按不同体积配比(0%、25%、50%、75%和100%),作为阴极液,构建生物阴极型微生物燃料电池(MFC),研究其产电特征以及对阳极底物和阴极液中污染物的处理效果。结果表明,处理过的老龄垃圾渗滤液作为阴极液时,MFC对化学需氧量(COD)和氨氮的去除率较其作为阳极液时分别提高2.27倍和42%。处理过的老龄垃圾渗滤液与好氧活性污泥悬浊液的混合液作为阴极液可提高MFC的产电性能和对污染物的去除效果。以体积比为75%的处理过的老龄垃圾渗滤液作为阴极液时,能显著提高MFC产电效果,输出电压和输出功率密度最大,分别为498 mV、295.2 mW/m~3,内阻最小为244Ω,阳极COD去除率最高为44.81%。     

微生物电解池处理PTA废水及同步产氢的研究

将微生物电解池应用于PTA废水的处理,系统研究PTA降解程度及同步产氢情况,并通过伏安曲线对电子传递机制进行研究。实验结果表明,微生物电解池可实现PTA废水的同步处理及产氢,当底物COD浓度为1000mg/L时,在外加电压0.900V的条件下,微生物电解池运行43h后,TA降解率和COD去除率分别为92.0%和80.3%,氢气产率为0.04m3/(m3·d),库仑效率为29%。     

锌掺杂碳纳米管电极在微生物燃料电池中的应用

以锌掺杂碳纳米管电极为阳极,柔性石墨为阴极,葡萄糖为阳极室供给基质,构建双室微生物燃料电池(MFC),考察锌掺杂量、葡萄糖浓度、温度等因素对MFC产电性能及有机物降解率影响。结果表明,锌掺杂改性的碳纳米管,能加速阳极产电微生物膜形成,提高微生物膜产电能力。在外电阻2300Ω,葡萄糖浓度1257mg/L,Zn S掺杂量0.5 g,温度40℃时,MFC性能最佳,其最大输出电压为1030 m V,最大输出功率31.2 m W/m2,COD去除率92%。     

生物反应器填埋场处理渗滤液的效能及产能特性研究

选用新型生物反应器填埋场(由卫生填埋场和产甲烷反应器组成),进行了渗滤液处理效能及产能特性研究。结果表明:新型生物反应器填埋场有助于渗滤液中有机物进行分相降解,在渗滤液的净化和填埋场垃圾的稳定化上优于渗滤液直接循环的填埋场。产甲烷反应器处理垃圾渗滤液时,在进水的VFA浓度大于3000mg/L条件下,CODCr去除率76%～94%;容积CODCr去除率0 88～4 85g/(L·d);容积沼气产率0 5～2 85L/(L·d)。     

单室微生物燃料电池产电特性研究

采用石墨板为阴极构建了单室空气阴极微生物燃料电池(MFC),以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源,研究了该MFC在间歇运行条件下的产电性能、电池内阻情况和COD去除率。结果表明,最高输出电压随着周期数增加而增加,由0.075 9 V上升到0.200 6 V,最大输出功率密度为34.80 mW/m2;在一个运行周期内,电池内阻随着时间的延长而逐渐增大,由376.6Ω上升到682.0Ω,电池内阻的增大将导致输出电压降低。COD去除率由起始的49.23%达到最大值86.99%,说明此单室空气阴极微生物燃料电池在产电的同时处理污水的效果也较好。     

超声预处理对单室空气阴极污泥微生物燃料电池性能的影响

为了提高污泥微生物燃料电池(MFC)产电性能和污泥处理效果,基于超声波破壁预处理技术,构建了以超声预处理污泥为底物的单室空气阴极污泥MFC,以污泥MFC的输出电压、最大功率密度、内电阻、污泥浓度和TCOD浓度为考察指标,探究不同声能密度预处理对污泥MFC产电性能及污泥降解效能的影响,结果表明,随着预处理超声密度的增加,MFC的产电性能和污泥处理效果得到有效提升。与未经预处理的污泥MFC相比,预处理声能密度为1.5 W/m L时,MFC稳定输出电压提高90.19%,最大输出功率密度提高135.43%,污泥减量效果提升68.8%,TCOD去除效果提高76.17%。本研究实验结果证明采用超声波对污泥进行预处理,能够有效提高污泥MFC的产电性能和污泥降解效率。     

不锈钢电沉积碳纳米管作为电极对于沉积物微生物燃料电池产电的影响

通过电化学的方法将碳纳米管沉积到不锈钢上,研究其作为电极对于沉积物微生物燃料电池(SMFC)产电性能的影响。结果表明,酸处理后的碳纳米管分散性好,并带上负电荷,有利于其电化学沉积到不锈钢上;用碳纳米管修饰后的不锈钢作为阴极可显著提高SMFC的产电性能,最大输出功率密度达到了31.6 mW/m2,是未修饰对照组的3.1倍,而作为阳极,其输出功率提高不明显。扫描电镜以及电化学分析结果表明,SMFC产电性能的提高主要是由于不锈钢丝上负载的碳纳米管,可显著提高阴极的电化学活性,增加阴极的氧还原速率。     

电沉积Ni-W-P合金电极在微生物电解池产氢技术中的研究

通过电沉积方法制备了Ni-W-P合金,系统研究了硫酸镍浓度、钨酸钠浓度、次亚磷酸钠浓度、热处理温度等条件对Ni-W-P合金电极析氢活性的影响,并利用扫描电镜、X射线荧光光谱仪等技术对样品的表面形貌和组成等物理性质进行表征。实验结果表明:Ni-W-P合金电极是微生物电解池产氢技术的优良阴极材料,在外加电源0.9V条件下,其最大氢气产率为1.09m3/(m3.d),相应的电流密度和COD去除率分别为131A/m3与91.2%。     

电极间距对单室微生物燃料电池处理老龄垃圾渗滤液性能的影响

以体积分数为60%的老龄垃圾渗滤液为单室无膜空气阴极微生物燃料电池底物,考察电极间距分别为1、2、3、4、5 cm时电池产电性能及底物中物污染物的去除效果。结果表明,间距为2 cm时输出电压和最大功率密度最大,间距为4 cm时输出电压和最大功率密度最小;电极间距为1～3 cm时电池内阻随电极间距的增大而增大,而电极间距大于3 cm时电池内阻随电极间距的增大而减小。电极间距为2 cm时,微生物燃料电池(MFC)对老龄垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)和氨氮去除率最高;5个电池的库伦效率分别为35.6%、27.6%、35.4%、14.9%和14.9%,单室无膜空气阴极MFC可在一定程度上提高老龄垃圾渗滤液的可生化性。