超滤膜为分隔膜的双室微生物燃料电池的产电特性

针对分隔膜对微生物燃料电池产电特性的影响问题,采用截留分子质量(MWCO)分别为4 ku、10 ku、30 ku和100 ku的4种不同超滤膜(UF)作为分隔膜材料进行了基础研究.通过SEM观察,各反应器阳极表面附着形态相同的产电微生物.阶段运行结果表明:4种UF膜中库伦效率最大为4.15%,功率密度最大为113.3mW/m3,内阻随截留分子质量的增大依次为UF(4 ku)211Ω,UF(10 ku)297Ω,UF(30 ku)157Ω,UF(100ku)241Ω;产电结束后各超滤膜MFC的阳极室出水COD均低于80 mg/L,对COD去除率均达到85%以上,出水pH几乎保持不变;采用聚醚砜材质的UF膜(30 ku)功率密度最大,内阻最小,产电性能最为优良.     

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%.     

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%。     

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。     

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.     

不同污泥接种物对微生物燃料电池菌群形成的影响

为考察不同接种物对微生物燃料电池效能和细菌群落形成的影响,以瓶式空气阴极微生物燃料电池为反应器,采用中美两地污水厂污泥作为接种物,分别启动氧化铟锡玻璃平板阳极微生物燃料电池,研究不同接种物对于反应器的运行效能和微生物群落结构的影响.结果表明,中国污水厂污泥启动的反应器总体运行效能要优于美国污水厂污泥启动的反应器,表现在较短的反应器启动时间,较高的运行电压、输出功率密度和电流密度及COD去除效率.两种反应器的阳极群落也显示出巨大差异,中国污水厂污泥接种的微生物燃料电池反应器,其阳极物种多样性要高于美国污水厂污泥接种的反应器.前者的微生物主要分布在5个门中,而后者的微生物仅分布在3个门.原因与中方污泥未经过氯/脱氯处理有关.利用氧化铟锡玻璃作为微生物燃料电池阳极,提取了全部的阳极生物膜进行高通量测序,从而得到更加准确的数据用于后续分析.     

硝酸盐质量浓度对微生物燃料电池产电及反硝化的影响

目的研究在不同的硝酸盐质量浓度下,MFC的产电、阴极反硝化情况及阳极COD和氨氮的处理情况．实现产电与阴极反硝化的同时进行．方法阳极以实验生活污水为处理对象,阴极以自配具有一定质量浓度的硝酸盐溶液为处理对象,改变阴极的硝酸盐质量浓度,阳极为间歇厌氧运行模式,阴极为间歇缺氧运行模式．结果 当硝酸盐质量浓度由20-200mg／L逐渐增加时,随着初始硝酸盐质量浓度的增加,亚硝酸盐的积累逐渐增加,最高可达65mg／L,硝酸盐相对去除率几乎没有变化,而硝酸盐的绝对去除率则逐渐减小．硝酸盐质量浓度从20～120mg／L变化时对微生物燃料电池的产电效果基本没有影响,当硝酸盐质量浓度增加到160mg／L时,平均输出电压和最高功率密度明显增加,而当硝酸盐质量浓度增加到200mg／L时,平均输出电压和最高功率密度又明显减少．结论阴极硝酸盐质量浓度为160mg／L时,MFC阳极COD的去除率最高,产电效果最好．     

聚吡咯/碳纳米管膜阳极的制备及其在厌氧流化床微生物燃料电池中的应用

采用循环伏安法在石墨阳极表面合成聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNT)复合膜,将其应用到厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中,研究AFBMFC的产电能力和污水去除率。对不同阳极进行X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)的表征,并用交流阻抗法(EIS)、循环伏安法(CV)考察不同电极的电化学性能。PPy/CNT膜阳极应用于AFBMFC后,电池的最大功率密度达到150.54mW·m-2,开路电压为793.3mV,污水COD去除率为94.51%,相对于未修饰阳极,分别提高了74.85%、25.71%和24.04%。结果表明,PPy/CNT可以作为一种导电性能较好的复合材料应用于MFC阳极中。     

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.     

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.     

A system combining microbial fuel cell with photobioreactor for continuous domestic wastewater treatment and bioelectricity generation

A coupled system consisting of an upflow membrane-less microbial fuel cell (upflow ML-MFC) and a photobioreactor was developed, and its effectiveness for continuous wastewater treatment and electricity production was evaluated. Wastewater was fed to the upflow ML-MFC to remove chemical oxygen demand (COD), phosphorus and nitrogen with simultaneous electricity generation. The effluent from the cathode compartment of the upflow ML-MFC was then continuously fed to an external photobioreactor for removing the remaining phosphorus and nitrogen using microalgae. Alone, the upflow ML-MFC produces a maximum power density of 481 mW/m 3 , and obtains 77.9% COD, 23.5% total phosphorus (TP) and 97.6% NH4+-N removals. When combined with the photobioreactor, the system achieves 99.3% TP and 99.0% NH4+-N total removal. These results show both the effectiveness and the potential application of the coupled system to continuously treat domestic wastewater and simultaneously generate electricity and biomass.     

Trickling filter in a biocathode microbial fuel cell for efficient wastewater treatment and energy production

Aiming to reduce the energy input, oxygen supply by trickling filter was employed in a biocathode microbial fuel cell(MFC) to examine its performance of electricity production and sewage treatment. During batch operation, trickling MFC(TMFC) could start and aerate effectively(DO3.60 mg/L). During continuous operation, TMFC produced a maximum current density of 71.8 A/m~3 and maximum power density of 26.2 W/m~3 under the hydraulic retention time(HRT) of 10 h. By increasing the HRT to 15 h, 90.6% of COD and 99.0% of ammonia in simulated domestic sewage were efficiently removed and the maximum power density was 19.4 W/m~3. Continuous purification of real municipal wastewater achieved 85.9% of COD removal rate and 91.6%of ammonia removal rate. Sequencing result of biocathodic microorganisms indicated that it consisted of four major classes and the dominant class was γ-proteobacteria, which accounted for up to 84.38%. The dominant genus was Acinetobacter, which accounted for 57.81%. The phylogenetic tree showed different relationships among the 19 species of biocathode microorganisms and the predominant species was Acinetobacter calcoaceticus.     

一种陆基微生物燃料电池供电的无线传感器网络

Aquatic Microbial Fuel Cell(AMFC) must be inoculated and work in water environment. Terrestrial Microbial Fuel Cell(TMFC) can overcome the shortcoming. In order to realize the practical application of TMFC, a single-hop Wireless Sensor Network(WSN) powered by a TMFC experimental setup is designed and established. Power generation performance of the TMFC and sensor data acquisition, wireless transmission and processing of the WSN are tested by experiments. Experimental results show that the proposed TMFC can drive the single-hop WSN periodically, which validates the feasibility of TMFC powered WSN.     

分布式发电系统中燃料电池建模与分析

随着分布式发电技术的兴起,作为分布式电源重要组成部分的燃料电池以清洁、高效、安静的特点受到广泛关注。分布式发电系统的动态特性在很大程度上取决于其中的分布式电源特性.分析燃料电池各种时间尺度的动态行为,讨论包括双电层效应、气体分压力和温度等因素对动态过程的影响,分别介绍质子交换膜燃料电池的短期、中期和长期动态特性的仿真模型,并且提出一种改进的短期动态模型,通过仿真验证该模型的有效性.     

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.