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。     

活性炭优化生物阴极提升微生物燃料电池产电性能

对双室好氧生物阴极微生物燃料电池的阴极电极材料进行了优化.使用碳纤维刷阴极启动,进入稳定期后向反应器阴极室投加活性炭颗粒(T2)和活性炭粉末(T3),以提升微生物燃料电池的产电性能.实验结果表明,向阴极投加活性炭可以迅速提高微生物燃料电池的输出电压.投加活性炭颗粒后,T2的开路电压和最大功率密度分别提高了42%和237%;投加活性炭粉末后,T3的开路电压和最大功率密度分别提高了12%和42%.优化后的微生物燃料电池对COD的去除率分别是91.5%、90.3%,库仑效率分别提高了54.4%和17.9%.投加活性炭颗粒效果更好,可以显著提高微生物燃料电池产电性能,同时提高微生物燃料电池的COD去除率和库仑效率.     

微生物燃料电池处理废水时的产电性能研究

设计了一个经典的双室微生物燃料电池,并考察了其在接种厌氧污泥条件下对葡萄糖模拟废水的产电性能。试验主要考察了电池系统在不同的电极材料及不同COD浓度下的产电性能及废水处理效率。结果表明,该电池在初始COD为1000mg/L,以石墨为电极的运行条件下产电性能最好,最大电流密度为4.4mA/m2。在不同的COD浓度下,该系统对废水中COD的去处率都稳定在70%。另外实验还考察了好氧污泥代替空气作为电子受体后电池系统的产电性能及废水处理效率。在该条件下,微生物燃料电池的产电性能得到了显著的提高,输出电流密度约为17.3mA/m2,同时其对废水中的COD去除率达到了82%。     

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统构造条件优化

该文以菖蒲为湿地植物构建垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC),并将其应用于农药阿特拉津的降解,且基于响应面法优化系统构造条件。结果表明,响应模型可靠,拟合度较好,对阿特拉津去除率影响电极板占比电极板间距外接电阻。CW-MFC最优构造条件为电极板占比0.33、电极板间距20.89 cm、外接电阻987.1Ω。最优构造条件下CW-MFC的COD、TN、TP及阿特拉津去除率为93.8%、62.9%、96.3%和94.7%;电压、电流密度、功率密度及库伦效率为248.77 mV、0.08 mA/m2、22.9 mW/m2和0.243%。     

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%.     

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。     

“三合一”微生物燃料电池的产电特性研究

为了降低内阻,尽可能提高微生物燃料电池的输出功率,提出了一种将阳极、质子交换膜和阴极热压在一起的"三合一"膜电极形式的微生物燃料电池,并考察了其在接种厌氧污泥条件下对乙酸自配水的产电特性.该"三合一"电池在稳定运行条件下电池内阻约为10～30Ω,远低于现已报道的其它形式的微生物燃料电池的内阻.目前该"三合一"型微生物燃料电池最大输出功率密度约300 mW·m-2,库仑效率约50%.试验结果表明,在一个间歇运行周期中,电池内阻增加是引起输出电压降低的最主要原因.同时在不同的外阻条件下,需要降低极化的重点不同.     

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。     

有机物对厌氧氨氧化微生物燃料电池脱氮产电性能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥到微生物燃料电池阳极,成功启动厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC),研究了葡萄糖和苯酚对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能的影响.结果表明,当葡萄糖浓度较低时(100~200 mg·L~(-1))时,对ANAMMOX菌有促进作用,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能增强,此时反应器进出水COD浓度变化不大;当葡萄糖浓度高于300 mg·L~(-1)时,产电性能逐渐下降,NH+4-N去除率和去除速率逐渐下降,而NO-2-N去除率和去除速率基本保持不变,此时出水COD浓度也出现降低,说明厌氧氨氧化菌活性受到抑制,反硝化菌活性开始增强.极化曲线拟合程度较低,COD浓度变化对电池内阻影响较小.当苯酚浓度较低时(50~100 mg·L~(-1)),对ANAMMOX-MFC脱氮产电性能影响较低;当苯酚浓度超过200 mg·L~(-1)时,ANAMMOX-MFC脱氮产电性能逐渐被抑制.整个过程进出水COD浓度变化不大,极化曲线拟合程度较低,表观内阻有缓慢升高.     

g-C3N4/Cu2O/CF电极制备及在微生物燃料电池中的应用

为了提高微生物燃料电池的产电性能,采用电沉积法将石墨态氮化碳(g-C_3N_4)与氧化亚铜(Cu_2O)负载到碳毡(Carbon felt,CF)表面,制得g-C_3N_4/Cu_2O/CF光电极用于构建微生物燃料电池.通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光生电流曲线(I-T)、线性扫描伏安曲线(LSV)对光电阴极进行光电性能测试,并在白光发光二极管(LED)辐照下研究了以Cu_2O/CF、g-C_3N_4/Cu_2O/CF为阴极光催化微生物燃料电池的产电性能.结果表明,g-C_3N_4/Cu_2O/CF电极中g-C_3N_4分布在Cu_2O之间;g-C_3N_4/Cu_2O/CF光电极能提高光利用率,与Cu_2O/CF光电极相比,光电流密度达到2700 mA·m~(-2),增长幅度达到125%;与Cu_2O/CF阴极微生物燃料电池相比,g-C_3N_4/Cu_2O/CF阴极微生物燃料电池具有更优的产电能力,在白光LED辐照下最大功率密度和光电流密度达到110.7 mW·m~(-2)和1102 mA·m~(-2),增长幅度达到16%和27%.     

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.     

5种绿色植物对甲醛的吸收能力模拟试验研究

目前室内装修所造成的最主要的污染物质为甲醛,因此本文选取甲醛作为研究对象,采用植物熏蒸方法,选用家庭中常见的5种绿色植物对其进行吸收净化对比试验,考察各种植物对甲醛的吸收效果,结果表明:在24h内,普通吊兰对甲醛的吸收能力达98.70%,其次依次为虎尾兰95.45%、芦荟83.77%、瓜叶吊兰75.74%,而绿萝对甲醛的吸收效果最不明显,为56.54%,由此得出植物吸收甲醛的能力为:吊兰>虎尾兰>芦荟>瓜叶吊兰>绿萝。该研究对降低室内甲醛浓度、提高空气质量具有重要的意义。     

电絮凝净化含聚污水影响因素研究

目的为保障油田正常安全生产,促进油田含聚污水的循环利用。方法采用电絮凝技术单因素研究方法开展净化含聚污水的静态实验研究,探讨外加电流密度、极板间距、初始pH及聚合物浓度等因素对净化效果的影响规律。结果当初始pH为7.0,电流密度为4.0 m A/m2,极板间距为1.0 cm,电解16 min时,综合处理效果最佳。此时,含油量与浊度去除率分别为98.85%,99.93%,处理每克油平均消耗为0.0494 g的Al,处理每立方米含聚污水的能耗为0.2895 k Wh。污水中的聚合物浓度越小,净化效果越好。结论中性处理,极板间距为1.0 cm,外加电流密度为4.0 m A/m2,通电16 min是最佳处理条件。     

三维电极电Fenton法对苯酚废水处理效果实验研究

采用三维电极电Fenton法对制陶工艺含酚废水进行处理,选择pH、时间、电压、FeSO₄·7H₂O投放量、通气量、电解质投放量以及电极间距为单因素,设置不同水平,研究苯酚和COD的去除效果,同时探讨了该方法的电化学能耗。结果表明:在pH为3,电压为15 V,FeSO₄·7H₂O投放量为1.8 g/L,通气量为9 L/min,Na₂SO₄粉末投加量为1.0 g/L,电极间距取10 cm,反应120 min的条件下,废水中苯酚及COD去除率可分别达到94.13%和86.67%,处理效果明显,且能耗较二维电极大大减少,可为该方法在含酚废水处理领域的应用提供参考。     

立体式生态浮床在喀斯特环境水体净化中的效果研究

为了研究植物生态浮床在喀斯特水体环境中富营养物质的去除效果及生态浮床中植物的选取组合,将富贵竹和鸢尾通过单一、组合形式构建生态浮床,模拟喀斯特环境水体进行生态修复实验。结果表明,富贵竹、鸢尾、富贵竹+鸢尾不同的植物组合生态浮床对COD、TN、NH~+_4-N、NO~-_3-N、TP都有较好的去除效果,去除率依次为61.63%、44.38%、94.01%、13.35%、76.48%;28.33%、51.18%、88.11%、26.29%、55.25%;33.97%、49.56%、89.73%、22.25%、49.81%。鸢尾对TN、NO~-_3-N的去除率最好,富贵竹对NH~+_4-N、TP的去除中效果最佳,富贵竹+鸢尾组合处于中间状态,可见植物组合会使去除效果产生协同效应。通过实验组植物的生长状况和去除能力分析,单一植物组比混合组去除能力更强,但考虑综合去除效果还需要应用组合型生态浮床。     

人工湿地处理污水时水生植物形态和生理特性对污水长期浸泡的响应

主要比较了污水和净水培养水生植物(芦苇、香蒲)形态特征的改变,测定了污水和净水培养的水生植物体内(根、叶片)过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性,分析判断了水生植物对长期污水浸泡所采取的响应的途径和方式.结果表明,与天然净水培养的芦苇相比,长期污水浸泡致使芦苇的植株高度显著变小,平均值之差为71.1cm;芦苇叶片长度显著减小,叶片长度平均值之差为11.3 cm,最大叶片宽度减小,叶片最大宽度平均值之差为0.62cm;植株密度明显增大,增幅达4倍以上.长期污水浸泡显著影响了香蒲根部POD活性,使其比净水培养高73.51U·g-1·min-1;污水浸泡对芦苇和香蒲叶片CAT活性影响显著,污水培养芦苇和香蒲的叶片CAT活性分别较净水培养芦苇和香蒲低0.068、0.1071mg·g-1·min-1.     

TiO2纳米孔阵列光催化废水燃料电池的性能研究

以模拟有机废水和实际有机废水为研究对象,以TiO2纳米孔阵列电极作光阳极,金属铂黑做阴极,设计了一种光催化废水燃料电池(PFC),用于有机废水处理和废水有机物化学能的综合利用.论文考查了不同实验条件下组成的电池体系的性能,表明基于TiO2纳米孔阵列光阳极的光催化废水燃料电池既能处理废水又能够表现出良好的电池性能,如以0.05mol/L乙酸为底物的光催化废水燃料电池,其开路电压1.16V,短路电流1.28mA/cm2,最大输出功率密度0.28mW/cm2.     

人工湿地植物及其去污效果研究进展

从人工湿地植物的类型及选择原则、去污机理及效果、去污效果的影响因素等方面,对人工湿地污水处理技术现状进行综述,为人工湿地植物的选择提供参考与帮助。     

金刚石膜电极消毒处理医院污水的试验研究

以掺硼金刚石(BDD)作电极的自制电解槽装置处理医院污水的消毒效果。在全回流处理模式下消毒处理医院废水,采用多管发酵法测定粪大肠菌群数。掺硼金刚石(BDD)作电极,在电极间距为2mm、医院污水Cl-浓度为200mg/L、pH值在7.0～8.0范围内、电流密度8mA/cm2、接触时间≥9s的条件下,对医院污水粪大肠菌群的去除率最佳,出水满足《医疗机构污水排放标准值》粪大肠菌群数均不得超过500MPN/L。掺硼金刚石(BDD)作电极的自制电解槽装置处理医院污水不需要添加化学药剂,对粪大肠菌群消毒效果好。