人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展及展望

人工湿地（CW）与微生物燃料电池（MFC）的耦合系统是一种新型的生物电化学系统。该系统可以在生物产电的同时进行废水处理。结合近年来对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）的系统产电和污染物降解性能的研究,综述了CW-MFC系统的最新研究进展,主要从系统结构（湿地植物、微生物、电极材料、基质材料）和影响系统运行因素（水力停留时间、溶解氧、有机负荷及废水成分、氧化还原电位）2个方面概述。最后总结了CW-MFC面临的挑战及今后的发展方向,并展望了该系统的研究潜力。     

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm~2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.     

湿地型生物燃料电池(CW-MFC)研究进展

湿地型生物燃料电池(wetland type microbial fuel cell,CW-MFC)由微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)和人工湿地(constructed wetland,CW)组合而成。CW-MFC利用植物复合生物电极代替贵金属电极,湿地植物独有的根际分泌物(溶解氧、根际酶,根际有机物)和丰富的根际微生物种群结构,使电池具有更为复杂的电极结构和电极催化活性,更高效的去污能力和相对低的建设运行成本,同时CW-MFC的产电机制更为复杂。基于微生物燃料电池的工作原理,通过对CW-MFC产电机制及产电效能影响因素的综述,评述了CW-MFC电池结构、底物、电极材料、植物物种对系统效能的影响,提出了CW-MFC型电池的研究和发展方向。     

微生物燃料电池处理难降解有机废水研究现状

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物将有机物直接转化为电能的技术。MFC用于处理难降解有机废水,既可提高废水处理效果,又能产生电能,该技术是近年来的研究热点。从MFC的反应器构型、产电性能和有机物去除效果几个方面讨论了MFC处理难降解有机废水的现状和发展趋势。     

不同类型阴极微生物燃料电池产电性能的比较

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置。实验以石墨为电极材料,有机废水为阳极底物,以厌氧活性污泥为厌氧菌种,阴极室分别接种驯化后的好氧生物污泥、厌氧生物污泥、含铜废水、FeCl3溶液,构建了双室MFC并比较了4种MFC的产电性能。结果表明:连续流状态下,好氧生物阴极MFC产电性能略优于厌氧生物阴极MFC;间歇流好氧生物阴极MFC其最大电流密度是连续流好氧生物阴极MFC的1.38倍。间歇流状态下,FeCl3溶液为阴极液MFC产电性能略优于以含铜废水为阴极液的MFC。连续流状态下,以含铜废水为阴极液MFC产电性能远远高于连续流生物阴极MFC。     

Shewanella燃料电池的原理、组成和性能

微生物燃料电池(MFC)具有治污、产电、研究生物电化学性能等诸多功能,应用前景广阔。Shewanella燃料电池是最早问世的无介体MFC,已有较为全面、深入、系统的研究,可作为探索其他MFC的范例。该文综述了Shewanella燃料电池的生物学原理、结构组成以及治污产电性能,并展望了MFC的发展趋势。     

生态型微生物燃料电池同步脱氮产电效能

生态型微生物燃料电池(ecotype-microbial fuel cell, E-MFC)是1种将微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)与水生动植物结合在一起的新型废水处理技术。为研究E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物之间的共生协同作用,设置了沉积物MFC(sediment-microbial fuel cell, S-MFC)、湿地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell, WP-MFC,种植水生植物)和生态型MFC(E-MFC,引入水生植物和底栖动物)3种反应装置,分别测试了其产电能力和脱氮效果,考察了水力停留时间(HRT)和阴极曝气流量对E-MFC脱氮产电效能的影响,并探讨了脱氮机理。结果表明：E-MFC脱氮产电性能均优于其他2种。在处理相同量的有机废水时,E-MFC的最大产电功率密度比S-MFC和WP-MFC分别高129.4%和47.2%,NH⁺₄-N去除率分别高37.6百分点和11.2百分点,E-MFC的NO^-₃-N去...     

人工湿地在重金属废水处理中的应用

文章论述了人工湿地处理技术处理重金属废水的机理和优点.人工湿地利用基质、植物、微生物这个复合生态系统的物理化学及微生物的作用,通过过滤、吸附、共沉淀、植物吸收、离子交换和微生物分解来实现对重金属废水的高效净化;人工湿地污水处理系统具有较高的净化效率和相对较低的基建投资与处理成本,该技术已被许多国家广泛应用.根据人工湿地在重金属污水处理中的研究和应用现状,指出了人工湿地处理重金属废水的前景及今后的研究方向.     

厌氧发酵污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理

以厌氧发酵污泥为阳极底物、Cr(VI)为阴极电子受体构建双室微生物燃料电池(MFC),考察厌氧发酵污泥MFC系统处理含铬废水的性能及机理,并与原污泥MFC系统进行比较.发酵污泥MFC系统的开路电压为1.05V,最大功率密度为5722mW/m3,比原污泥MFC系统提高了57.8%.发酵污泥MFC系统的表观内阻为119.1Ω,比原污泥MFC系统降低了8.5%.发酵污泥MFC系统对Cr(VI)的去除符合一级动力学模型,速率常数为0.0514h-1,比原污泥MFC系统提高了36.7%.污泥经厌氧发酵后可溶性有机物浓度增加,产生了大量短链脂肪酸,它们是产电微生物易于摄取的阳极底物,因而提高了MFC系统的产电性能及Cr(VI)去除效果.     

微生物燃料电池-人工湿地耦合系统研究进展

微生物燃料电池-人工湿地耦合系统(CW-MFC)是一种新型污水处理工艺,该系统在增强污水处理效果的同时提高了产电性能,具有广阔的应用前景。综述了CW-MFC系统的研究现状,并将影响CW-MFC系统处理效果和产电效率的因素概括为组成要素、结构特点和运行参数3个方面。论文最后总结了系统当前存在的问题,并对未来的研究方向进行展望。     

微生物燃料电池处理苯酚废水运行条件研究

以传统厌氧消化(conventional anaerobic digestion,CAD)作对照,研究不同温度、底物浓度、盐桥管径以及有无接种微生物对微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理苯酚废水性能的影响.实验结果表明,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,MFC能够在较低温度(15℃)下运行.当苯酚初始浓度为0.15g·L-1,随着温度(15℃、25℃、35℃)的增加,苯酚的降解效率和MFC的产电性能也随着提高;MFC具有耐有机负荷冲击能力,即使在高负荷苯酚初始浓度3.5g·L-1条件下,去除率达60%;盐桥孔径并不与苯酚去除效率、电压、功率密度成正比关系.MFC在适合的管径条件下可以高效去除苯酚的同时,能有较高的产电效率;MFC的阳极反应需要微生物的催化.     

人工湿地处理低水平放射性废水的技术可行性

针对低水平放射性废水的特点,结合人工湿地的去除机理,对湿地植物、基质和微生物在放射性废水处理中的原理和作用进行了分析,分析认为湿地植物通过植物提取、根际过滤和植物固定对低放重金属进行去除,基质的吸附和微生物的吸收、吸附及转化作用也是低放重金属去除的重要途径。并且阐述了当前的技术难点和未来的研究方向,指出在植物培育与选择、微生物的筛选及驯化、基质的选择和湿地系统的安全措施等方面还存在很多的难点。分析表明,应用人工湿地处理低水平放射性废水在技术上是可行的。     

单室空气阴极微生物燃料电池硝酸根去除系统的建立和性能研究

本文以单室空气阴极微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理含不同浓度硝酸根的模拟废水,研究了NO~-_3-N初始浓度和开闭路培养方式对单室MFC的启动、硝酸根去除性能和产电性能的影响.结果表明,随着NO~-_3-N初始浓度的提高,MFC的NO~-_3-N平均去除速率达到稳定值所需时间增加,NO~-_3-N平均去除速率提高.当NO~-_3-N初始浓度为200 mg·L~(-1)时,闭路组MFC的NO~-_3-N平均去除速率达到(3.52±0.28) kg·m~(-3)·d~(-1),高于相近条件下许多传统生物反应器的NO~-_3-N平均去除速率.硝酸根去除过程主要发生在MFC运行周期的前期.硝酸根对阳极生物膜中主要产电菌Geobacter的生物量没有影响.当基质充足时,所有闭路组MFC的最大功率密度相近(～27 W·m~(-3)).闭路组MFC比开路组MFC具有更高的NO~-_3-N去除速率,可能与其阳极生物膜具有电化学还原亚硝酸根能力和Thauera易在其阳极上富集有关.     

利用微生物燃料电池回收含铜废水中的铜

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置。实验以石墨为电极材料,有机废水为阳极底物,以厌氧活性污泥为厌氧菌种,含铜废水为阴极液,构建了双室MFC反应器。研究了利用双室MFC产电的同时从含铜废水中回收单质铜的可行性,结果表明:连续流MFC最大电流密度可达0.63 mA/m2,产电性能略好于间歇流MFC。加入磷酸盐缓冲溶液的连续流MFC,其最大电流密度可达4.44 mA/m2,是加入磷酸盐缓冲溶液的间歇流MFC的7.05倍,是未加入磷酸盐缓冲溶液的连续流MFC的1.92倍。间歇流MFC阴极石墨棒上的沉积物为Cu2O,连续流MFC阴极石墨棒上的沉积物为Cu和Cu2O的混合物。MFC对含铜废水中Cu2+去除率均可达80%左右,尤其是连续流MFC,对Cu2+去除率可达99%以上。     

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.     

黄姜废水微生物燃料电池产电去污性能研究

以H型反应器研究了微生物燃料电池(MFC)利用黄姜废水产电的效果,并结合产电周期中阳极液氧化峰电位、COD、pH值等物化指标及进出水IR、GC-MS谱图变化讨论了MFC对黄姜废水污染物的去除特性.黄姜废水MFC内阻约480 Ω,最大功率密度可达1 18.1 mW/m2,外接1 000 Ω电阻时,5 mL黄姜废水所含有机...     

微生物燃料电池群落结构最新研究进展

进入21世纪,对微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的研究已取得了很大进步,微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能转化为电能的装置。微生物燃料电池的研究及运用涉及到电化学、微生物、材料工程等多个领域。MFC的研究特点主要是产电的同时能高效处理污水,针对这种特点,为中国能源危机的缓解和资源的有效利用提供有效途径。目前,MFC研究的主要问题在于微生物的难控制、产电效率低、产电菌种少等,对不同底物MFC中产电微生物及产电菌群的研究,为提高MFC的产电性能、污水的处理效率提供了新的理论依据和研究思路。     

阳极材料对6 L微生物燃料电池性能及有机废水处理效果的影响

阳极材料是影响微生物燃料电池实用化的关键因素之一.本文以碳刷、碳布或石墨毡阳极和泡沫镍空气阴极制成紧凑式6 L单室双空气阴极微生物燃料电池(MFC),研究不同阳极材料对电池启动过程和运行以乙酸钠为基质的人工废水和实际屠宰废水的产电性能和废水处理效果的影响,比较了单位阳极成本的产电效益.结果表明:阳极材料对紧凑式MFC的启动过程没有明显影响;在产电性能方面,碳刷阳极MFC在人工废水和屠宰废水中的输出功率密度最高,分别为(56.3±1.8)W·m~(-3)和(19.5±0.8)W·m~(-3),其次为碳布阳极MFC,分别为(46.0±1.7)W·m~(-3)和(16.9±0.6)W·m~(-3),最差的是石墨毡阳极MFC,分别为(40.8±1.5)W·m~(-3)和(11.9±0.5)W·m~(-3);在废水处理效果方面,不同阳极MFC在运行人工废水或屠宰废水时COD去除率没有明显差别,均在90%左右.碳刷阳极MFC所产生的经济效益最高,在运行乙酸钠和屠宰废水时分别为(3.44±0.08)m W·元-1和(0.97±0.05)m W·元-1,分别比碳布MFC和石墨毡MFC高18.6%、12.8%和38.7%、80%.本研究结果说明碳刷是微生物燃料电池实用化过程中最合适的阳极材料.     

电沉积制备PMo12/rGO/PPy阳极及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池(MFC)阳极材料的电化学特性影响其产电性能和污染物还原能力。采用电化学沉积法得到了磷钼酸/还原氧化石墨烯/聚吡咯(PMo₁₂/rGO/PPy)阳极,并对PMo₁₂/rGO/PPy阳极进行形貌表征和电化学特性分析,最后考察了PMo₁₂/rGO/PPy阳极MFC在不同浓度高氯酸盐(ClO₄-)下的产电和还原性能。结果表明:PMo₁₂/rGO/PPy阳极较对照阳极为微生物的附着提供了更大的比表面积,为电子传递提供更多的活性位点;使得MFC阳极表面的电荷转移量增加493%,电荷转移阻抗降低83.3%,交换电流密度提高53.4%。同时,当ClO₄-浓度为420 mg/L时,PMo₁₂/rGO/PPy阳极MFC产电性能最好,最大输出电压可达到148.47 mV。     

微电场-人工湿地耦合工艺去除重金属研究

为探索高效、生态、低廉的重金属废水处理工艺,采用新型微电场-人工湿地耦合工艺处理重金属废水。通过模拟重金属废水小试试验,研究了不同运行条件下微电场-人工湿地耦合工艺去除重金属的特性,探讨了主要的去除机理。试验结果表明:重金属初始浓度、进水pH、废水有机物含量、系统电压均对工艺处理重金属效果产生一定影响,不同重金属受到影响的程度也不同,试验结果为本工艺在废水处理技术领域的研究和应用提供了参考。