人工湿地微生物燃料电池处理海水淡化浓盐水研究进展

综述了人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)处理浓盐水的研究现状，分析了植物、微生物、电极、基质及运行环境等对CW-MFC处理效果的影响，总结了CW-MFC处理海水淡化浓盐水当前存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望。     

人工湿地微生物燃料电池构型对低温氨氮去除性能的影响

针对人工湿地在冬季低温条件下氨氮去除率下降的问题，提出构建人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的方法来提高人工湿地低温条件下的氨氮去除性能，并考察了CW-MFC构型对低温下氨氮去除性能的影响。120 d的室外连续运行结果表明，在平均气温9.8℃运行60 d,CW-MFC比传统湿地的氨氮去除率提高9.9%。在CW-MFC中添加玻璃纤维作为分隔材料并采用双阳极结构，氨氮平均去除率可以达到81.8%。在CW-MFC产电期间，CW-MFC的容积脱氮效率与输出电压存在较好的相关关系。     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统基质填料应用进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合(constructed wetland-microbial fuel cell,CW-MFC)系统是人工湿地和生物电化学技术的有机结合,选取合适的耦合系统填料尤其重要.文中基于国内外已有的研究,将填料的功能特性和应用进行总结归纳,分别从污染物去除效果和产电能力综述了各填料对于CW-MFC系统性能的影响,总结了填料存在的问题,并对今后的研究方向进行展望,以期为CW-MFC技术的发展和推广应用提供参考.     

电极间距对CW-MFC处理污泥中Zn和Ni的效果及其产电性能的影响

为有效提高传统人工湿地（CW）处理污泥重金属效能,本文构建了人工湿地微生物燃料电池（CW-MFC）用于污泥中Zn和Ni的去除,并考察了电极间距对Zn和Ni去除效果及其产电性能的影响。结果表明,不同电极间距（12cm、15cm、18cm和20cm）的CW-MFC对Zn的去除率分别为84.68%、64.56%、66.98%和50.23%,对Ni的去除率分别为74.14%、66.09%、64.00%和48.01%。其中,间距为12cm时系统对Zn和Ni去除效果最好,分别较CW提高了64%和26%,此时CW-MFC系统的最高输出电压和最大功率密度分别达到513mV和50.76mW/m³。X射线光电子能谱（XPS）分析显示污泥表层主要的重金属为Zn和Ni,且高价态的Zn和Ni被有效地转化为低价态或者单质金属。在间距为12cm的CW-MFC系统中,植物根系和电极对Zn、Ni的去除贡献最大,此时Zn在植物根系和电极中的富集率分别为23.76% 和30.97%,Ni的富集率分别为14.57%和16.78%。本研究表明CW-MFC对污泥重金属的去除及其产电性能具有较好的效果,并为CW-MFC的优化构建和城市污泥的处置及资源化利用提供了新的思路和借鉴。     

共基质对人工湿地型微生物电池脱色染料并产电的影响

在人工湿地型微生物燃料电池中(CW-MFC)选取葡萄糖、乙酸钠及淀粉作为活性红(X-3B)的共基质,研究了CW-MFC中不同共基质对于X-3B的脱色率、脱色产物降解、阳极微生物和产电的影响。结果表明,以葡萄糖为共基质的CW-MFC对X-3B的脱色及产电性能均优于以乙酸钠和淀粉为共基质的CW-MFC,其脱色率达到95.51%,且能继续降解脱色产物,产电菌为阳极优势菌种,电压为604 m V,功率密度137.3 m W/m~3,库伦效率1.22%。CW-MFC中投加不同共基质,不仅影响对偶氮染料的脱色,且对于脱色产物的进一步降解有显著影响,并通过对阳极微生物的作用影响了系统的产电性能。     

复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统产电性能和水质净化

人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)是两种具有潜力的环境技术,用于水污染治理和可再生能源生产。目前大部分研究主要针对上流式人工湿地-微生物燃料电池进行探索,很难用到实际的人工湿地上。主要以垂直流人工湿地为研究对象,研究复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的产电性能和水质净化作用。结果表明,在相同的垂直流CW-MFC系统中,产电性能和水体污染物的含量有一定的关系;在模拟自然的水流情况下,CW-MFC1阳极生物氧化产生的质子和电子迁移至CW-MFC2的阴极也能同其电子受体发生氧化还原反应,从而产生电压电流,且其电压高于单一垂直流CW-MFC系统;模拟自然情况下的CW-MFC系统对各项水质指标的去除都有不错的去除效果,其中磷酸盐和总磷的去除率为97.5%和97.9%,氨氮和总氮的去除率为86.4%和66%,COD去除率最低为36.5%,表明复合垂直流CW-MFC系统对水体污染物的去除起明显的效果。     

人工湿地-微生物燃料电池性能优化研究进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）在提高传统人工湿地污染物去除能力的同时,还具有绿色产电的优势。在介绍CW-MFC工作机理的基础上梳理了该技术自诞生以来在污水处理和发电性能优化方面的研究历程。着重论述了系统的构造因子（电极材料及配置、分隔层、基质、植物、微生物）和运行条件（污水性质、有机负荷、水力停留时间、溶解氧、温度）的选择,指出该系统需要提高其氧化还原梯度,营造适合产电微生物扩繁的环境。在污染物处理方面该系统表现出较大的潜力,但其处理机理及后续生态风险防控还需深入研究。在未来应用阶段,可通过电化学手段进一步提高污染物去除效果,同时,利用自产电开发监测水质状况的生物传感器有着巨大的发展前景。     

微生物燃料电池与人工湿地耦合系统研究进展

将微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)与人工湿地(constructed wetland, CW)相结合是近几年来出现的一种新型产能及废水净化工艺。在综述CW-MFC耦合系统产电机理及其发展的基础上进一步分析讨论了当前研究中影响系统性能的组成要素(植物、微生物、电极及分隔材料)和运行参数(碳源、氧化还原电位及水力停留时间)两个方面,最后总结了当前尚未解决的关键问题,对今后耦合系统的潜在应用进行了展望。     

人工湿地植物根际效应对根部微生物影响的研究进展

人工湿地植物具有分泌氧气和根系分泌物的根际效应,在人工湿地处理污水过程中发挥着重要作用。文中综述了湿地植物种类、光照条件、基质特性等对植物根际效应的影响,进一步阐释分析了湿地植物对根际微生物活性、降解性能和种群组成的影响机理。众多研究表明,湿地植物的根际效应所提供的氧气和分泌物为人工湿地微生物的生长提供了必要的营养物质与能量,对根际微生物活性、种群结构及空间分布产生影响,进而影响有机污染物、重金属以及营养元素等污染物的降解和去除效果。因此,在人工湿地工艺设计中,通过筛选人工湿地植物种类和优化工艺条件来强化人工湿地植物根际效应,有助于提高人工湿地工艺的处理效率。     

人工湿地植物对脱氮微生物活性的影响机制研究进展

近年来众多研究表明,湿地植物作为微生物的附着载体,通过根系泌氧作用以及根系分泌物作用对脱氮微生物脱氮能力具有重要影响。在综述了人工湿地中植物种类对氮污染物去除效率影响的基础上,重点阐释了湿地植物对脱氮微生物活性的影响机制:湿地植物通过根系泌氧和根系分泌等作用使溶解氧、氧化还原电位、营养组成等发生变化,进而对脱氮微生物活性及脱氮效果产生影响。最后对人工湿地设计和机理研究中湿地植物的选择进行了总结与展望。     

人工湿地植物特性的研究及植物配置分析

阐述了植物在人工湿地污水净化过程中的作用及其对净化效果的影响,提出了人工湿地植物研究中的一些问题。通过对人工湿地植物生理生态特性问题研究,筛选出优良植物品种,从而有利于充分发挥湿地植物功能,提高人工湿地污水处理能力。     

CW-MFC处理六价铬废水及同步产电的研究

利用人工湿地型微生物燃料电池（CW-MFC）处理六价铬[Cr（Ⅵ）]废水可实现同步产电。考察了不同电极间距下COD质量浓度、Cr（Ⅵ）质量浓度及水力停留时间（HRT）对处理含铬废水及同步产电的影响。结果表明,随着COD和Cr（Ⅵ）质量浓度的增大,CW-MFC的电压先增大后减小。电极间距越小,欧姆电阻越小,但当电极间距为10 cm时系统的输出电压和功率密度最大,同时COD和Cr（Ⅵ）的去除率最高。随着HRT的延长,产电性能和污水处理能力先增大后减小。电极间距为10 cm时,最大功率密度和COD最高去除率分别458.24 mW/m³和92.50%（HRT为2 d）,Cr（Ⅵ）最高去除率为92.96%（HRT为3 d）。     

人工湿地耦合微生物燃料电池产电及对污水去除研究

通过构建人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)工艺,在不同进水COD和水力停留时间(HRT)条件下,对CW-MFC耦合工艺产电性能及处理常规污染物进行了研究。结果表明：随着进水COD由50 mg/L提高到450 mg/L,系统稳定时输出电压先增大后减小,并在COD为350 mg/L时,输出电压达到最大为646 mV(外电阻为1 000Ω);在低COD(50～150 mg/L)进水条件下,CW-MFC比CW系统的COD去除率要高;在HRT由36 h逐渐减小到12 h的过程中,HRT为30 h,实验组COD、NH₄⁺的去除率达到最大,分别为95.7%、54.9%,与空白组相比NH₄⁺的去除率差别不大,COD去除率高1.24%左右;在HRT为18 h时,CW-MFC系统的产电效果最好,最大功率密度为286.7 mW/m³。     

人工湿地植物对氮素去除影响机制的研究进展

人工湿地植物通过直接作用与间接生态效应对系统脱氮过程发挥着至关重要的作用.其中,直接作用是湿地植物直接吸收利用无机氮;间接生态效应则是通过植物根系分泌氧和根系物质,以及影响氮素矿化作用,来改善脱氮微生物的生存环境,从而影响脱氮微生物的群落结构及硝化-反硝化过程,实现对湿地系统脱氮的影响.在此基础上,文章进一步阐述了植物对系统脱氮的影响机制,对人工湿地植物的选择、配置和高效脱氮人工湿地的设计进行了总结与展望.     

高盐废水处理中耐盐湿地植物的筛选

目前利用人工湿地工艺去除高盐废水中的污染物被认为是非常有前景的污水净化技术之一。本文从湿地植物净化高盐废水的作用和机理入手,分析了盐胁迫对湿地植物的形态上和生理上的影响,列出了多种湿地植物的耐盐阈值及对污染物的净化效果,并对利用湿地植物去除高盐废水中污染物的研究工作进行了展望,旨在为筛选湿地植物去除高盐废水中的污染物提供技术参考。     

植物和基质级配对水平流人工湿地处理污染河水的影响

为了研究植物和基质级配对水平潜流人工湿地处理污染河水营养物的影响,构建了有/无植物两组多粒径配比水平潜流人工湿地。结果表明,种有植物的水平流人工湿地的脱氮除磷效果均优于未种植植物湿地;通过基质不同粒径的配比与植物的联合作用可以使湿地内部空间的脱氮除磷效果更具有均匀性;植物对营养物的直接吸收在湿地脱氮、除磷总量中所占比例分别为11.3%和17.4%,且略大于植物对湿地其他组成的间接促进作用。     

人工湿地氧状态影响因素研究

试验研究了人工湿地中水力停留时间、植物、填料和水力流态对净化效率和氧状态的影响。结果表明,湿地溶氧和净化效果受水力停留时间影响较大,最佳停留时间时溶解氧出现最低值;植物种类的不同将影响湿地供氧;填料孔隙率和表面性质的不同将直接影响其复氧效果;垂直流人工湿地独特的结构设计和水力流态使其更有利于湿地内部的供氧。     

湿地植物在人工湿地脱氮中的应用及研究进展

介绍了人工湿地系统中植物在污水脱氮方面发挥的重要作用,简述了目前研究中常用的3种湿地植物类型,包括挺水植物、浮水植物和沉水植物;介绍了植物脱氮的主要机理,植物通过吸收利用、根系微生物的硝化反硝化作用,来实现氮的去除,指出不同植物由于生理特性不同,对氮的去除效果不同。通过对比研究不同植物的脱氮效果,总结了人工湿地中植物的配置原则和影响植物脱氮的主要因素。对今后的相关研究方向进行了展望。     

潜流人工湿地除氮正交试验研究

以潜流人工湿地除氮效果为考察指标,采用正交试验法研究了水力负荷、pH、碳氮比、湿地植物等4个因数对考察指标影响的显著性及优选条件,并利用SPSS13.0软件对正交试验结果进行方差分析.结果表明,pH、水力负荷、碳氮比对潜流人工湿地氨氮和总氮去除率的影响显著,各因素对潜流人工湿地总氮和氨氮去除率的影响程度由大到小顺序为:水力负荷、碳氮比>pH>湿地植物.潜流人工湿地总氮去除效率最高的条件为:pH为7.5,水力负荷为33mm·d-1,碳氮比15,湿地植物为芦竹.氨氮去除效率最高的条件为:pH为7.5,水力负荷为33mm·d-1,碳氮比15,植物为香根草.从工程技术经济的角度出发,采用pH为7.5,水力负荷为300mm·d-1,碳氮比大于3,湿地植物为香根草或芦竹,也可取得较好的除氮效果.     

景观植物潜流湿地对富营养化景观水的净化

研究了风车草、美人蕉两种植物人工湿地在不同月份对富营养化景观水的净化效果。分析了水力负荷、温度变化对污染物去除效果的影响,考察了两种植物人工湿地微生物的硝化/反硝化作用强度。结果表明:两种植物人工湿地对富营养化景观水中的污染物均有较好的净化效果,风车草湿地去除效果优于美人蕉湿地。污染物的去除效率随水力负荷的增加而降低;在最佳水力负荷为0.113m3/(m2.d)的条件下,出水TN、TP和CODCr的质量浓度分别在2、0.1和15mg/L以下;富营养化的控制因子磷的去除效率基本不受温度影响。风车草湿地硝化作用强度略高于美人蕉湿地,反硝化作用强度略低。