不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响

为了探究不同预处理方式污泥对MFC（microbial fuel cell,微生物燃料电池）的影响,采用双室MFC反应器构型,以不同预处理方式的污泥作为MFC的底物基质,包括热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥,并设置静态试验组污泥（开路试验）,考察MFC的产电性能（电压、电功率密度）、pH、COD_Cr、总悬浮物（TSS）、挥发性悬浮物（VSS）、EPS（胞外聚合物）以及三维荧光等参数的变化规律.结果表明:①在所设外电阻条件下（1 000 Ω）,MFC的最大启动电压可达0.3 V;②废碱渣预处理污泥的最大功率密度可达70.1 mW/m2,热处理污泥的最大功率密度可达60.1 mW/m2,预处理后污泥的性能优于未处理污泥;③热处理污泥、废碱渣预处理污泥、未处理污泥以及静态试验组污泥的pH总体呈下降的趋势,废碱渣预处理污泥及热处理污泥总悬浮物和挥发性悬浮物的去除率均高于未处理污泥,且COD_Cr有类似的变化规律.在此基础上,进一步分析污泥EPS的组成成分以及三维荧光光谱图的特性发现,污泥EPS中蛋白质质量浓度最高,并且腐殖酸能够在一定程度上辅助胞外电子基团的转移,三维荧光光谱图也证实了不同预处理方式污泥随厌氧消化过程的变化规律.研究显示,将废碱渣预处理的污泥作为MFC的底物,不仅降低了资源能耗而且提高了MFC的产电性能,实现了综合绿色发展.      

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。     

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.     

碳氮比对活性污泥胞外聚合物的长期影响

以人工模拟废水为研究对象,采用4组SBR反应器（R₀,R₅,R₁₀和R₁₅）,重点考察了碳氮比（C/N）对胞外聚合物（EPS）含量及其组分（蛋白质（PN）、多糖（PS）和核酸（DNA））的影响.试验结果表明：C/N对EPS及其组分具有显著影响.随着C/N由0升高至15,EPS和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）含量逐渐升高,而松散型胞外聚合物（LB-EPS）含量逐渐降低,EPS以TB-EPS为主（占77.4%~93.6%）.EPS和TB-EPS中的PN、PS和DNA含量随着C/N值升高而升高,LB-EPS中的PN、PS和DNA含量随C/N升高而降低.此外,随着C/N的增大,毛细吸水时间（CST）和污泥比阻（SRF）值显著增大,污泥的脱水性能变差.     

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.     

以FAS+S0为底物的生物沥浸对污泥EPS组分和脱水性能的影响

为研究以硫酸亚铁铵（FAS）+硫粉（S0）为底物的生物沥浸过程中,污泥的脱水性能及其与胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）、多糖（PS）的关系,设计了新鲜污泥、新鲜污泥+10%接种物、新鲜污泥+10%接种物+（0,2,4,6 g/L）FAS+（0,2,4,6 g/L）S0的3个实验组进行10 d沥浸实验。结果表明:投加量为4g/L FAS+2 g/L S0,沥浸时间为6 d时污泥脱水性能最佳,污泥比阻（SRF）和黏度较原始污泥分别下降了83.11%和65.74%。EPS中溶解态PN、PS和结合态PN、PS的含量都随沥浸实验的进行而改变,其中溶解态PS与黏度、SRF呈显著负相关（R分别为-0.813、-0.813,P<0.05）,说明溶解态PS的含量是影响污泥脱水性能的主要因素。进一步分析得出,溶解态PS总量随沥浸时间延长而升高,其中疏水性PS的占比随之增加,污泥脱水性相应改善。     

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.     

生物淋滤中硫粉对污泥EPS组分和脱水性的影响

为探讨生物淋滤过程中污泥的脱水性能及其与胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）、多糖（PS）的关系,以硫粉（S⁰）作为底物,设计了不同S⁰投量（0,2,4,6,8g/L）+10%接种物的实验组进行10d淋滤实验.结果表明：溶解态PN、PS含量和污泥比阻（SRF）在淋滤0~2d降低,之后呈上升趋势,结合态PN、PS含量在淋滤0~8d呈下降趋势,之后略微上升,且S⁰投加量越大,上述变化趋势越明显.统计结果发现,SRF与溶解态PN、PS有显著的正相关性（R=0.861、0.875,P<0.01）.说明不同S⁰投加量导致溶解态PN、PS含量变化从而影响了污泥脱水性能,其中溶解态PS的变化对污泥脱水性能作用更大.S⁰投量为8g/L、淋滤时间为2d时,污泥脱水效果最佳,S⁰投量为2g/L、淋滤时间6d效果次之,SRF分别比原污泥降低58%和54%,又由于后者重金属去除率高于前者,推荐S⁰ 2g/L,温度30℃,淋滤时间6d,pH值降至2.66为最适工艺条件.     

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.     

底物浓度和缓冲液浓度对MFC性能影响研究

实验研究了阳极室进口底物浓度和缓冲溶液浓度对碳刷阳极微生物燃料电池产电性能的影响,并利用循环伏安法考察了不同条件下阳极生物膜的电化学活性。结果表明,电池的功率密度随进口底物浓度的增加而增大;在进口底物浓度为500 mg COD/L时,其达到饱和。随着缓冲液浓度的增加,电池的功率密度增大,这是由于缓冲液不仅维持了阳极室及阳极生物膜的p H,而且增强了阳极电解液的离子强度。循环伏安测试结果进一步证实了不同条件下电池的产电性能。     

氧化石墨烯抑制填埋场土工布初期生物结垢

为研究氧化石墨烯对初期填埋场土工布生物结垢的影响,采取2种不同方法改性土工布,测试了改性前后土工布的Zeta电位、接触角和抑菌性能以及模拟填埋场渗滤液的微生物群落结构,并以土工布EPS含量评估生物结垢.结果表明,改性前后土工布都具有疏水性,但表面电位存在一些差异;渗滤液微生物含有细菌Paraclostridium和古菌Methanoculleus;氧化石墨烯对渗滤液微生物表现出抑菌性,细胞死亡率比空白组更高;氧化石墨烯加入萘酚胶水进行改性明显抑制了土工布生物结垢,EPS量比空白组减少了49%.     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

厌氧氨氧化-羟基磷灰石颗粒污泥系统的快速启动

为研究厌氧氨氧化-羟基磷灰石（Anammox-HAP）颗粒污泥系统的启动方法,采用厌氧氨氧化膨胀床反应器（AAFEB）,接种少量厌氧氨氧化污泥,通过调控基质浓度和水力停留时间,考察系统内污泥粒径及胞外聚合物（EPS）的变化,同时监测系统的脱氮除磷性能.结果表明,在低上升流速0.213~1.066m/h、Ca/P=5.5物质的量比的条件下,不断提高进水氮负荷,实现了Anammox颗粒污泥系统的启动.总氮、正磷酸盐去除率分别为（78.0±9.8）%、（63.8±9.9）%,总氮容积负荷达2.74kg/（m³·d）,在150d内培养出平均粒径为0.4mm的微颗粒污泥.颗粒的形态特征和元素分布检测表明其为Anammox-HAP颗粒污泥.随着颗粒污泥粒径的增加,EPS中的PS含量基本不变,PN从54.43mg/g增加到137.40mg/g,PN/PS从6.63提高到7.71.EPS中PN占比与粒径之间存在正相关,对污泥颗粒的形成起主要作用.     

Effect of proteins, polysaccharides, and particle sizes on sludge dewaterability

Four batch experiments of hydrolysis and acidification were carried out to investigate the distributions of proteins (PN) and polysaccharides (PS) in the sludge, the PN/PS ratio, the particle sizes, and their relationship with sludge dewaterability (as determined by capillary suction time, CST). The sludge flocs were stratified through centrifugation- and ultrasound-based method into four fractions: (1) slime, (2) loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS), (3) tightly bound EPS (TB-EPS), and (4) pellet. The results showed that PN was mainly partitioned in the pellet (80.7%) and TB-EPS (9.6%) fractions, while PS distributed evenly in the four fractions. During hydrolysis and acidification, PN was transferred from the pellet and TB-EPS fractions to the slime fraction, but PS had no significant transfer trends. The mean particle sizes of the sludge flocs decreased with hydrolysis and acidification. The pH had a more significant influence on the dewaterability of sludge flocs than temperature. Sludge dewaterability during hydrolysis and acidification processes greatly deteriorated from 9.7 s at raw sludge to 340–450 s under alkaline conditions. However, it was just slightly increased under acidic conditions. Further investigation suggested that CST was a ected by soluble PN, soluble PN/PS, and particle sizes of sludge flocs, but was a ected slightly by total PN, PS, or PN/PS in the whole sludge flocs and other fractions (except slime).     

交替好氧/缺氧运行模式对生物脱氮效能及活性污泥胞外聚合物的影响

以实际生活废水为处理对象,考察了SBR工艺好氧/缺氧(O/A)和缺氧/好氧(A/O)运行模式对生物脱氮性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)及其组分(蛋白质PN、多糖PS和核酸DNA)的影响.结果表明,O/A和A/O运行模式下,SBR工艺均获得了高效稳定的NH_4~+-N去除,去除率分别为97.5%和98.0%,且硝化速率与NH_4~+-N负荷呈现较好正相关性.交替缺氧/好氧运行模式对于EPS影响,A/O模式下EPS产量略高于O/A模式下,且运行模式对TB-EPS及其组分(PN、PS和DNA)产量无显著影响,但A/O模式下LB-EPS及其组分(PN和PS)产量均高于O/A模式下,倍数介于1.38~1.56之间.2种模式条件下,PS是TB-EPS和EPS的主要组分,而PN是LB-EPS的主要成分.EPS含量与污泥沉降性能具有良好的线性正相关.     

冻融处理对不同阴极构型MFC产电及有机物降解的影响

为了研究不同阴极构型的微生物燃料电池(MFC)处理剩余污泥时的产电以及有机物降解情况,构建了铁氰化钾双室MFC以及生物阴极双室MFC两套系统,分析了两套系统处理剩余污泥时电压、功率密度以及有机物变化及降解情况.结果表明,处理冻融污泥时,铁氰化钾双室MFC8h达到稳定电压0.726V,运行6d时SCOD达到峰值3771.4mg/L,此时最大功率密度最高为10.3W/m3,周期结束(20d)TCOD去除率为70.3%;生物阴极双室MFC运行3d达到稳定电压0.76V并持续22d后下降,15~20d时SCOD达到峰值4538.0mg/L,并获得最高的最大功率密度13.7W/m3,周期结束(30d)去除80.6%的TCOD.相对于铁氰化钾双室MFC,生物阴极双室MFC能够更为彻底的促进污泥有机物溶出并利用其产电,对溶解性碳水化合物利用以及有机物的降解得更为彻底,同时更利于MFC系统的长期稳定运行.     

提高SBR好氧颗粒污泥脱氮除磷性能的策略调控

室温下接种成熟好氧颗粒污泥于SBR反应器中,以实际生活污水为进水基质,采用梯度进水联合优化A/O/A时间配比策略以期提高污泥的脱氮除磷效果.结果表明,缺氧时间由0.5h延长至1.5h时,能同时保证脱氮除磷高效进行.此时A/O/A时间比为1：1.6：1,平均TN去除率提高至81.27%,平均TP去除率保持90%以上,平均COD去除率保持在85%以上.同时,同步硝化反硝化（SND）率降低至25.24%,缺氧吸磷比例由0.43%上升至2.81%,进而说明此A/O/A时间比下反硝化糖菌（DGAOs）的反硝化作用对脱氮的贡献增加.缺氧时间延长至2h,A/O/A时间比为3：5：4时,过度缺氧导致微生物内源呼吸和丝状菌繁殖,平均TN、TP去除率降低至51.48%、72.46%.缺氧时间为1.5h时,MLSS为3501mg/L较低,但MLVSS/MLSS （f）升高至0.95,说明淘洗掉了非功能菌,使脱氮除磷功能菌大量生长.随缺氧时间延长至1.5h,即A/O/A时间比为1：1.6：1,PN/PS增加至6.89,故颗粒稳定性不断增强,在1h以内缺氧时间延长对LB-EPS影响更大且对EPS含量影响不大,超过1h则对TB-EPS影响更大且EPS增加至126.16mg/g,继续延长缺氧时间至2h时,由于微生物内源呼吸大量死亡释放出PN、PS,故EPS含量增加至479.92mg/g.