微生物燃料电池利用甘薯燃料乙醇废水产电的研究

利用空气阴极微生物燃料电池(MFC)处理甘薯燃料乙醇废水,以COD为5000mg/L的废水做底物,获得的最大电功率密度为334.1mW/m2,库仑效率(CE)为10.1%,COD去除率为92.2%.实验进一步考察了磷酸缓冲液(PBS)浓度和废水浓度对MFC产电性能的影响.PBS含量从50mmol/L增加到200mmol/L,MFC输出的最大电功率密度提高了33.4%,CE增加26.0%,但PBS对废水的COD去除率影响不大.含50mmol/LPBS的废水COD从625mg/L增加到10000mg/L,COD去除率和MFC输出的最大电功率密度在废水浓度为5000mg/L处均获得最大值,但CE值有降低的趋势,从28.9%变化至10.3%.这些结果表明,MFC可以在处理甘薯燃料乙醇废水的同时获得电能;增大PBS浓度能提高MFC的产电性能;MFC输出的最大电功率密度随废水COD增加而增大,但废水浓度过高会引起酸化使MFC产电性能下降.     

新型单室无质子膜微生物燃料电池性能研究

采用不锈钢金属丝阳极构建了管状单室无质子交换膜空气阴极微生物燃料电池(MFC),并以葡萄糖为唯一电子供体,研究MFC的性能.在室温下,初始ρ(CODCr)为496 mg/L,外接电阻为1 000 Ω时,该MFC可以连续产电,最高电压达235.11 mV,开路电压为461.00 mV,内电阻约2 820 Ω.实验条件下测得该MFC的最大功率密度为137.1 mW/m2,库仑效率为32.4%.采用该MFC进行了啤酒酿造废水处理对比实验,在进水ρ(CODCr)为15 900 mg/L,停留时间为96 h下,MFC对废水CODCr的去除率达40%～55%,比厌氧生物处理效率高5%～10%.表明MFC技术可以在获得电能的同时,强化有机废水的生物处理过程.     

高锰酸钾对牛粪微生物燃料电池长期产电性能的影响

为探讨KMnO₄用作阴极电子受体对牛粪长期发酵产电性能的影响,构建了以牛粪为主要底物的双室微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）,考察了50,200,800mg/L KMnO₄时牛粪MFC开路电势、输出电压、功率密度、有机底物变化及降解情况.结果表明：当KMnO₄为800mg/L（MFC-800）时产生的开路电势和输出电压最高,分别达到1148mV和234mV,最大功率密度达177mW/m³,库伦效率和净产能最大,分别为18%和19.5MJ/t;电池运行203d后,MFC-800的COD去除率最高,达68.1%;在电池运行过程中,MFC-800的VFA浓度增加了3.5倍,达388mmol/L;pH值从7.25下降到5.71下降了1.54;产电结束后,阳极发酵固态剩余物的成分符合《有机肥料》（NY525-2012）标准,可用于有机肥料生产.     

利用双室微生物燃料电池处理模拟废水的产电特性研究

本实验通过研究电池的启动过程、阳极有机物降解率和阴极Cu2+的去除率,评价了微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电和处理废水性能.以模拟糖蜜废水作为阳极基质,模拟电镀废水作阴极电子受体,建立简单的双室微生物燃料电池.结果表明在外电阻为800Ω的情况下,电池得到最大电压417.00 mV,从极化曲线上获得最大输出功率密度44.17mW.m-2,内阻为293Ω.电池在第五周期时,COD去除率也达到最高47.31%.在第四周期内,Cu2+最大的去除率为59.76%.综上所述,MFC在处理有机废水和电镀废水方面具有可行性.     

盐度抑制下的MUCT处理效能及其微生物种群变化

研究盐度对活性污泥处理系统及其处理效能的影响,对生物处理含盐污水工程的设计与实施具有重要意义.本试验采用MUCT工艺处理含盐生活污水,在淡水以及5、 8、 10 和15　g/L等不同NaCl盐度水平下,研究了盐度对生物处理的综合影响.结果表明,相对有机物而言,盐度对营养污染物去除抑制更强烈.当进水盐度超过8　g/L后,MUCT总磷去除率从淡水的92%下降到72%,总氮的去除效率从75%下降到62%.当盐度超过15　g/L,好氧异养菌数量开始减少,导致有机物去除率的下降.在盐度的抑制下,强化生物除磷系统的特异反应表现为：①当盐度超过8 g/L,好氧池内发生了显著的亚硝酸积累（超过80%的积累率）.高亚硝酸盐积累刺激了反硝化亚硝酸盐吸磷的发生;②随着盐度的升高,厌氧放磷消耗的有机物量逐渐提高.试验进一步研究了盐度影响下微生物种群结构的变化,为理解盐度影响的本质提供了依据.     

基质浓度·电极距离·离子强度对MFC影响的研究

以宜兰酒厂废水处理厂的污泥为菌种来源,构建单槽无膜无介体空气阴极型微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC),通过添加小同浓度的基质、改变阳极与阴极距离及添加不同浓度的NaCl,分别考察了基质浓度、电极距离、离子强度对MFC性能的影响.研究结果表明,伴随基质COD浓度的增加(从300 mg/L增到...     

单室型微生物燃料电池处理黄姜废水的性能研究

以黄姜废水为底物,采用单室型微生物燃料电池,验证了MFC处理黄姜废水的可行性,研究了进水COD和SO42-浓度对产电性能的影响.控制电导率和COD等条件一致,黄姜废水最大功率密度为葡萄糖配水的80.3%.低COD浓度条件下MFC产电稳定,功率密度随COD浓度上升而提高,最高为322 mW/m2;当COD提高至2766 mg/L以上时,MFC稳定产电的时长缩短且更新基质后无法恢复最佳产电水平,表明过高的COD负荷会抑制产电微生物活性.COD最终去除率在68.2%~84.8%之间,且随着初始浓度的提高去除率有所下降.进水SO42-浓度的提高使MFC输出功率密度增大,但当SO42-浓度>7 716 mg/L(电导率>8.19 mS/cm)时,继续提高SO42-浓度无法使功率密度增大.与沉淀SO42-后的废水比较,含硫原水的最大功率密度平均下降14.5%,其库仑效率也随SO42-浓度提高明显下降,表明存在SO42-作为电子受体被还原,降低了MFC的效率.     

剩余污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理

采用剩余污泥为阳极底物,六价铬为阴极电子受体,构建双室微生物燃料电池(MFC).MFC启动成功后,考察阳极室污泥初始浓度和阴极室六价铬初始浓度对MFC产电性能及六价铬还原速率的影响.较高的污泥浓度(8~12g/L)对六价铬的还原速率影响均较小,且去除率均可达99%以上.污泥浓度为10g/L的MFC具有较高的产电性能,内阻为108Ω,最大功率密度输出为3621mW/m3.阴极室较高的Cr(VI)初始浓度可维持较长时间的高输出电压,但对阳极污泥降解并无明显影响.XPS测试结果表明,阴极Cr(VI)的还原产物为Cr(III),因电场作用被吸附在电极片上,使得阴极溶液中的总铬浓度降低.研究表明,剩余污泥为底物的微生物燃料电池可以在产电的同时实现剩余污泥的资源化及电镀废水的无害化.     

盐度对SBBR反应器生物群落结构的影响研究

该文通过逐步提高盐度的方法驯化出耐高盐的活性污泥,采用序批式生物膜法(SBBR)进行模拟高盐废水的处理试验,对盐度为0、8、16、24、32 g/L的5个盐度梯度高盐废水进行研究。结果表明,随着盐度梯度的不断增加,系统稳定时氨氮(NH₄⁺-N)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)的去除效率由未加盐度时的98%、98%和97%下降至32 g/L盐度时的84%、73%、47%;由生物膜比耗氧速率(SOUR)和脱氢酶活性(DHA)表征的微生物活性在低于8 g/L盐度时增加,大于8 g/L盐度后下降;盐度使得生物膜中胞外聚合物(EPS)含量从26.15 mg/g SS增加到216.27 mg/g SS,其中TB-EPS的多糖(PS)含量增加最为显著,EPS的增加可以提高微生物对盐度的抗性和对细胞的保护作用;不同盐度生物膜中,放线菌门、变形菌门和髌骨细菌门是最大的3种优势门,平均相对丰度累计维持在72%～83%之间,其中放线菌门相对丰度随盐度的增加而显著增加,变型菌门相对丰度随盐度增加而下降;动球菌属、微白霜菌属和TM7a随着盐度的上升相对丰度迅速增加...     

葡萄糖和硝基苯为混合燃料时MFC的产电特性研究

通过构建双极室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),以铁氰化钾溶液为阴极电子受体,以硝基苯(nitrobenzene,NB)和葡萄糖为混合燃料,研究MFC的产电特性和NB的降解情况.结果表明,在外阻为1000Ω的条件下,随着NB初始浓度的增加,双极室MFC的产电特性明显受到抑制.当葡萄糖浓度为1000mg/L,NB初始浓度分别为0、50、150、250mg/L时,MFC的运行周期逐渐缩短,分别为55.7、51.6、45.9、32.2h;最大输出电压分别为670、597、507、489mV;最大体积功率密度分别为28.57、20.42、9.29、8.47W/m3;电荷量分别为65.10、43.50、35.48、30.32C.MFC利用NB和葡萄糖为混合燃料,可以在稳定地输出电能的同时实现有机物高效降解,MFC对NB去除率高达100%,对COD的去除率达到87%～98%.但以250mg/LNB为单一燃料时,MFC无明显产电现象.DGGE图谱表明NB的加入改变了MFC阳极电极上微生物的群落结构.     

以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性

以铁氰化钾为电子受体,在两极阴阳室内使用碳毛刷纤维为电极材料构建了循环式微生物燃料电池(MFC),研究了以吲哚为单一燃料和吲哚+葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对吲哚和COD的去除效果.结果表明,以1000mg/L葡萄糖+250mg/L吲哚为混合燃料时,MFC的最高电压和最大功率密度分别为660mV和51.2W/m3(阳极),MFC运行10h对吲哚和COD的去除率分别为100%和89.5%;分别以250,500mg/L吲哚为单一燃料时,MFC的平均最高电压分别为115,118mV,最大功率密度分别为2.1,2.3W/m3(阳极).在MFC中,250,500mg/L吲哚被完全降解的时间分别为6,30h.MFC能够利用吲哚为燃料,在实现高效降解吲哚的同时对外产生电能,可用于处理含有毒且难降解有机物的焦化工业废水.     

以吡啶和葡萄糖为燃料的MFC产电特性研究

不同类型的有机物对MFC的产电性能有不同的影响,通过构建填料型MFC,以吡啶和葡萄糖为混合燃料,以铁氰化钾为电子受体,对有机物在MFC中的降解以及产电性进行研究.结果表明,外阻为1 000Ω的条件下,MFC的最大输出电压随着葡萄糖浓度的降低而降低,当吡啶初始浓度为500 mg/L,葡萄糖浓度分别为500、250、100 mg/L时,运行周期逐渐缩短,分别为49.5、25.7、25.2 h;最大体积功率密度为48.5、36.2、15.2 W/m3,最高电压为623 mV.MFC可实现对吡啶的高效降解,24h内吡啶去除率高达95%,但葡萄糖的浓度对吡啶的降解速率影响不大;高浓度吡啶存在的条件下对MFC利用葡萄糖产电的性能影响不大.利用500 mg/L单一吡啶作为MFC的燃料时,无明显产电现象.MFC利用吡啶和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现吡啶降解的同时稳定地向外输出电能.     

有机物对连续流Anammox脱氮及微生物群落影响

采用UASB连续流反应器,研究了不同有机物浓度对厌氧氨氧化的脱氮性能及微生物群落结构的长期影响,结果表明,在COD浓度分别为0,20,40,60和80mg/L时,40mg/L COD浓度条件下对厌氧氨氧化反应的促进程度最大,TN和COD去除率稳定在88.5%和75.3%.在低浓度COD（20mg/L）条件下,厌氧氨氧化反应受影响程度不明显,而COD为60和80mg/L时,系统脱氮性能受到不同程度的抑制.通过高通量测序技术对不同COD浓度下的微生物群落结构进行分析,结果表明不同COD浓度下,绿曲挠菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）等占据主导,且随着COD浓度从0增至80mg/L,浮霉菌门相对丰度从24.60%降至7.70%,其中的Candidatus Brocadia属降幅最大,丰度从12.14%减至3.63%,变形菌门相对丰度从15.40%增至36.30%,其中Bdelloribrio菌属的增幅最大,丰度从0.01%增至8.39%.     

MFC处理人工湿地生物堵塞物及同步产电研究

为探究MFC（microbial fuel cells,微生物燃料电池）对人工湿地（constructed wetland,CW）堵塞物EPS（extracellular polymeric substances,胞外聚合物）组分的处理效果和产电性能,构建双室MFC,设置闭路组（closed circuit MFC,MFC-C）和开路组（open circuit MFC,MFC-O）对EPS中的主要组分〔PN（protein,蛋白质）和PS（polysaccharide,多糖）〕及人工湿地堵塞物进行处理,分析底物类型、底物浓度和外阻（R_ex）对MFC系统产电性能的影响及系统对底物的处理效果.结果表明:①MFC系统的产电性能受底物类型、底物浓度及R_ex的影响较大,底物浓度增加1.5倍（由200 mg/L增至500 mg/L）时,MFC系统最大电压（V_max）增加5.8%（PN）,最大功率密度（P_max）分别增加188.30%（PN）和124.21%（PS）;保持底物类型和底物浓度不变,R_ex增加9倍（由100 Ω增至1 000 Ω）时,MFC的V_max分别增加110.26%（PN）和92.81%（PS）,P_max分别增加109.19%（PN）和7.51%（PS）.②PN可全部被阳极微生物利用,但同时阳极微生物会分泌PS,底物浓度增加1.5倍时,出水中ρ（PS）分别增加107.85%（MFC-C）和78.55%（MFC-O）;R_ex增加9倍时,ρ（PS）分别增加415.85%（MFC-C）和294.29%（MFC-O）;底物为PN时,出水中ρ（PS）均表现为MFC-C < MFC-O,说明MFC形成的微弱电场在一定程度上可抑制PS的分泌.③人工湿地堵塞物可作为MFC的底物,随着投加量的增加（除堵塞物投加量为0.500 g/L外）,V_max（约750 mV）变化不大,但电压稳定时间随投加量的增加而略有延长;堵塞物投加量为6.667 g/L时,MFC的P_max为12.25 mW/m2,内阻（R_int）为1 112.5 Ω,MFC产电性能下降.研究显示,人工湿地堵塞物EPS可以作为MFC的阳极底物并同步实现能源回收.      

喹啉为MFC阳极燃料的微生物群落结构演化分析

通过构建填料型微生物燃料电池(MFC),首次对以喹啉为燃料时的MFC阳极表面的微生物群落进行了分析.PCR-DGGE的试验结果表明,随着燃料的改变,微生物群落也发生改变.当以喹啉和葡萄糖的混合溶液稳定地作为燃料时,由于受到喹啉毒性的抑制,微生物多样性降低,优势菌也发生明显的改变.与葡萄糖共基质相比,以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变.新增加一类菌,这类菌与Pseudomonas sp. DIC5RS 的同源性为100%,推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用.     

区域地下水不同深度微生物群落结构特征

为了揭示区域地下水不同深度微生物群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取北京琉璃河地区,采集不同深度地下水样品,用于水化学分析和微生物16S rRNA基因V4-V5区测序.水化学分析结果显示,地下水中8种主要离子浓度随深度增加均呈减小趋势,Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-变化规律显著,工业较发达区NO₃^-浓度达155.30mg/L,SO₄^2-浓度达321.00mg/L,部分浅层地下水受NO₃^-和SO₄^2-污染.微生物分析结果显示,地下水中微生物群落多样性受深度影响显著,随深度增加微生物群落组成丰富.地下水中优势菌门为Proteobacteria （26.2%~95.2%）,优势菌属为Pseudomonas（1.5%~32.2%）,不同深度微生物菌属组成差异明显,浅层、中层和深层地下水特有菌属数目分别为74,60,54.NO₃^-、SO₄^2-、深度是影响地下水微生物群落的主要因子,且NO₃^-、SO₄^2-浓度受地下水深度影响程度大.地下水深度是影响微生物群落结构差异的重要原因.     

填料型微生物燃料电池产电特性的研究

将石墨和碳毡作为阳极填料组装成填料型微生物燃料电池,其启动期在1 d左右,低于平板型微生物燃料电池的启动期.碳毡作为填料时,微生物燃料电池的最大产电功率密度为1 502 mW/m2(37.6 W/m3),优于石墨作为填料的MFC.将碳毡与碳纸烧结一体以提高填料型微生物燃料电池阳极的导电性,与平板型微生物燃料电池相比,其面积内阻从0.071 Ω穖2下降到0.051 Ω穖2,最大电流密度从3 000 mA上升到8 000 mA,最大产电功率密度从1 100 mW/m2(27.5 W/m3)上升到2426 mW/m2(60.7W/m3),阳极电势平均下降100 mV.循环流量影响填料型微生物燃料电池的产电能力,当流量低于1 mL/min时,其产电功率密度随流速降低而下降.填料型微生物燃料电池在外电阻为600 Ω下长期稳定运行30 d以上,其库仑效率约为10.6%.     

微生物燃料电池改性阳极处理PTA废水

探讨了不同改性阳极对微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)产电性能及其对MFC处理难降解废水能力的影响.以单室空气阴极为基础,利用0.1 g电气石、质量分数75%二氧化锰/埃洛石纳米管(manganese bioxide/halloysite nanotube,MnO_2/HNT)和多壁碳纳米管-羧基(multi-walled carbon nanotube-carboxyl,MWCNT-COOH)对MFC阳极进行修饰.结果表明,不同改性阳极的MFC对含精对苯二甲酸(purified terephthalic acid,PTA)废水的去除率均高于70%,且化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率在79%以上.相较于其他几种改性阳极,以MWCNT-COOH改性材料作阳极的MFC产生的最大输出电压最高,获得的最大功率密度最高,分别为529 mV和252.73 mW·m~(-2).