混合酶强化剩余污泥微生物燃料电池性能

为了提高剩余污泥为燃料的微生物燃料电池(SMFC)产电性能以及污泥减量化效果,在不同的温度(40、45和50℃)研究单室无膜微生物燃料电池中酶对SMFC产电特性的强化效果.加入单一酶(蛋白酶或α-淀粉酶)的结果表明,随着温度的上升,SMFC功率密度均上升,但40℃时强化效果最明显,与加入失活酶的对照组相比分别增加198％和130％.在40℃下,混合酶比(蛋白酶浓度:淀粉酶浓度)为2∶3时,SMFC最大功率密度为776 mW/m2.随着混合酶中淀粉酶的比例提高,SMFC库伦效率逐渐增加,当混合酶比为4∶1时,CE(库伦效率)可达18.3％,同时TCOD、TSS和VSS去除率分别为70.3％、66.7％和80.4％.因此,温度相对较低时,外加酶强化效果更明显;与单种酶相比,混合酶对SMFC产电性能和污泥减量化的强化效果更显著.     

剩余污泥微生物燃料电池的产电性能及有机物降解与阳极生物分析

构建了以二沉池剩余污泥厌氧发酵上清液为阳极底物的微生物燃料电池(MFC),考察了电池的产电性能、污染物去除效率及阳极微生物种群特征。结果表明,厌氧发酵污泥MFC作为污泥资源化的一种新途径,具有可行性。在厌氧发酵的预处理条件下,MFC体系稳定运行期间输出电压最高可达0.65 V,最大功率密度达86.89 m W·m~(-2),库伦效率为(5.12±0.5)%;与此同时TCOD去除率为(50.6±3.5)%。污泥在厌氧发酵阶段产生大量挥发性脂肪酸(VFAs),它们作为产电微生物易于摄取的阳极底物,能够促进污泥中有机质的去除,进而提高污泥MFC的产电效果。由阳极微生物群落结构可推断:产电和非产电细菌具有协同作用,共同维持MFC的稳定运行。     

活性污泥法处理高钙废水中污泥特性的变化

通过单级SBR法处理模拟高钙废水,研究了活性污泥法处理高钙废水的过程中钙离子对COD,MLVSS,MLSS,SVI,污泥增长速率,污泥形态结构及生物相的影响,揭示活性污泥法处理高钙废水的过程中污泥量巨大的原因。采用逐步增加钙离子浓度的方法,检测到在污泥培养期([Ca2+]=0 mg/L),COD去除率为98.1%,MLVSS和MLSS稳定在4 900~5 500mg/L,污泥增长速率为67 mg/(L·d),SVI为55~60 mL/g;在驯化处理期([Ca2+]=120~2 400 mg/L),COD去除率降至87.37%,MLVSS降至2 500 mg/L,MLSS增加至19 300 mg/L,污泥增长速率为212.31 mg/(L·d),SVI降至25 mL/g;在冲击期([Ca2+]=4 000 mg/L),COD去除率降至69.23%,MLVSS降至1 600 mg/L,MLSS迅速增加至24 200 mg/L,污泥增长速率为816.67 mg/(L·d),SVI降至14 mL/g。经显微镜观察发现,污泥絮体由松散变得密实,生物相由钟虫等指示性微生物变为不适应环境的胞囊结构。结果表明,随Ca2+浓度的增加,COD去除率下降,MLSS迅速增加,MLVSS和SVI急剧缩小,说明活性污泥中的活性微生物逐渐减少,而无机物组分逐渐增多;钙离子的加入促使系统碳酸平衡向右移动,使离子状态的钙大部分转化为难降解的碳酸盐,并附着于污泥絮体上,污泥绒粒被压缩,使污泥颗粒密实度及MLSS迅速增加,导致污泥排放量巨大。     

旁路微氧池污泥停留时间对污泥减量化的影响

研究了新型工艺——侧流式旁路微氧污泥减量工艺在不同微氧污泥停留时间下的污泥减量效果,监测了COD去除率、污泥产率和污泥性能的变化,并探索了微氧污泥回流后曝气池内兼性菌溶胞过程。结果表明,新工艺COD去除率高于传统工艺,但随停留时间延长而降低,微氧污泥停留3 d时高达93.59%,11 d时降至89.25%;新工艺表观污泥产率(MLSS/COD)低于传统工艺,其降幅随停留时间延长而增大,停留时间由3 d延长到11 d,降幅由50.14%升到58.59%;回流后第4小时,曝气池内COD骤然上升,MLSS和MLVSS都大幅度增加,推断此时为曝气池内兼性菌大量溶胞时间点;新工艺SVI值低于传统工艺,MLVSS/MLSS值高于传统工艺,改善了污泥沉降性能,提高了污泥活性。综合考虑COD去除率和污泥产率等方面后,确定新工艺微氧池的最佳污泥停留时间为3 d。     

阳极添加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池运行特性的影响

以剩余污泥为底物和接种物,借助电化学交流阻抗等电化学分析方法,研究了阳极投加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC)电能输出及内阻分布的影响。结果表明,500 mg/L铁离子可有效改善SMFC的运行特性,功率密度峰值、底物降解速率和阳极污泥絮体大小分别上升到103.09 m W/m~2、35.68 mg VSS/(m~3/h)和190.33μm。电化学阻抗谱分析表明,阴极欧姆内阻及极化内阻随铁离子浓度增加而降低,阳极内阻则随铁离子浓度增加先降低后增加,当三价铁离子添加浓度为500 mg/L时,阳极欧姆内阻和活化内阻与对照组相比分别下降了45.28%和47.97%。     

人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水

采用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水,考察了啤酒生产废水中不同COD浓度条件下(475、1 968、5 640 mg·L~(-1))人工湿地型微生物燃料电池对COD和氨氮的去除效果,评估了在此过程中微生物燃料电池的产电性能。研究表明,当COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池对COD的去除率最高,达到93.5%;氨氮去除率随COD起始的增加而增加,当进水浓度为5 640 mg·L~(-1)时,氨氮去除率达到70.8%。对产电性能而言,当进水COD浓度为1 968 mg·L~(-1)时,人工湿地型微生物燃料电池产电量最高,其最大电压、功率密度和电流密度分别达到280 mV、24.2 mW·m~(-2)和220 mA·m~(-2)。利用人工湿地型微生物燃料电池处理啤酒生产废水具有一定的可行性,在处理污染物的同时产电,弥补了处理过程中的能源消耗,对废物资源化具有很好的应用前景。     

以养殖废水为底料的微生物燃料电池产电性能与水质净化效果

以养殖场沼泥为接种物,构建了乙二胺、三氯化铁改性碳毡阳极的单室无膜微生物燃料电池,探讨了2种阳极改性电池的产电规律,考察了其去除养殖废水中COD、氨氮的效果以及臭味的表观性状变化。结果表明,以葡萄糖为底物时,乙二胺、三氯化铁改性阳极微生物燃料电池在启动20 d和22 d后分别达到稳定,输出电压分别为0.514 V和0.527V(外阻为500Ω),对应输出功率密度分别为332 mW/m2和349 mW/m2。逐渐增大废水投加比例至原水时,2个电池的最大功率密度分别为208 mW/m2和158 mW/m2,COD去除率分别为85%和78%,氨氮去除率分别为52%和45%。此外,养殖废水的臭味去除效果明显。因此,构建的2种改性阳极微生物燃料电池可以利用养殖废水产电,同时使水质得到一定程度的净化。     

双室污泥微生物燃料电池产电的影响因素

为了提高污泥产电的效率,研究了以城市污水处理厂剩余污泥为基质的双室微生物燃料电池产电的4个影响因素:电极面积、电极间距、污泥浓度和污泥起始pH。研究结果表明,小电极面积电池的输出电压比大电极面积电池低,而电池的输出功率则正好相反;电极间距较小时(4.5 cm),电池的输出电压比电极间距较大(7.75 cm和13 cm)时高;实验的3个污泥浓度中,13.0 g/L为最佳污泥浓度,污泥浓度的升高或降低均会降低利用污泥产电的输出电压和单位污泥的产电功率,不利于污泥产电;当阳极室污泥的起始pH处于碱性时,电池的输出电压更高,污泥产电更好,其中pH为10.0时最好。极化曲线分析表明,这4个因素均会影响以污泥为基质的双室微生物燃料电池的性能。     

炼油废水微生物燃料电池启动及影响因素

以炼油废水为碳源,构建双室填料型微生物燃料电池,考察接种液、外接电阻等电池启动条件,以及电导率、pH值和缓冲溶液强度等溶液性质对电池产电性能的影响。利用微生物燃料处理炼油废水,COD去除率(52±4)%,含油量去除率(81.8±3)%;利用废水中存在的原生菌即可启动电池,但启动期长,外加接种液可快速启动电池;启动时外接电阻的大小对电池稳定运行后的输出功率有明显影响,对电池内阻影响相对较小,当启动外接电阻为2 000Ω,电池输出功率最大,为288 mW/m3;随阳极溶液电导率电池增大,电池内阻降低,输出功率升高;pH值变化对电池阳极电势影响较大,进而影响电池输出,当溶液pH为9时,电池输出电压最大(388 mV),pH过高或过低均不利于电池产电;随着缓冲强度的增大,电池输出电压增大,且PBS缓冲强度的增大可从电导率增大和改善质子传递条件两方面提高电池的输出功率。     

阴极负载不同催化剂对天然水体中沉积物微生物燃料电池运行特性的影响

考察了阴极负载Co₃O₄和MnOOH对天然水体中沉积物微生物燃料电池（SMFC）产电性能和SMFC对沉积物中有机质去除率的影响。实验结果表明,SMFC阴极负载Co₃O₄和MnOOH后,体系的输出电压由483 mV增大到549 mV和534 mV;相应体系的内阻由206 Ω显著降低到99 Ω和128 Ω,最大功率密度（Pmax）由3.3 mW/m²增大到9.1 mW/m²和6.6 mW/m²。此外,SMFC体系的电流密度与沉积物中烧失量（LOI）、易氧化有机质（ROOM）去除率呈线性关系,并且阴极负载Co₃O₄和MnOOH可以促进阳极沉积物中有机质的去除。     

不同运行条件对微生物燃料电池产电性能的影响

以双室微生物燃料电池为研究对象,改变活性污泥MLSS值、营养物质的量、营养物质种类、温度等运行条件,测量24 h内COD值、细菌数目和电压值,进而研究不同运行条件对微生物燃料电池运行初期产电性能的影响。结果表明:在其他同等条件下,只改变MLSS值时,MLSS值越大,产电性能愈佳,只改变葡萄糖浓度时,当葡萄糖浓度为60 mg/m L时,产电性能最佳,最大电压和功率密度可达224.8 m V和505 m W/m3,只改变营养物质种类时,当加入低糖和C源营养物质时,产电性能较佳,只改变运行温度,当温度为37℃时,产电性能最佳,最大电压和功率密度可达231.5 m V和535 m W/m3;改变上述条件时,细菌数目与MFC的产电性能呈显著正相关关系。     

阴极液及底物浓度对AFB-MFC同步废水处理及产电性能影响

为了提高厌氧流化床微生物燃料电池（AFB-MFC）的性能,并为双室MFC寻找价廉、易得、无污染的阴极液,在曝气量16～24 L/h、温度（35±2）℃、回流量10.2 L/h、阴极底边距阴极室内底部17.3 cm、外电阻250 Ω、水力停留时间（HRT）14.0～14.9 h以及进水pH 7.81～8.37下,研究了阴极液及底物浓度对系统产电及废水处理性能的影响。结果表明,使用缓冲溶液、阳极室出水和自来水作阴极液时,自来水的产电性能最佳,阴极液种类不影响系统有机基质的去除。以自来水为阴极液时,阴极液pH及电导率随运行时间增加而增加,COD去除率为80.11%～89.29%,输出电压及功率密度开始随运行时间增加而增加,之后稳定在440～452 mV和48.40～51.08 mW/m²之间。增加底物浓度对COD去除率影响不大,而输出电压及功率密度随底物浓度增加而下降;底物COD浓度由3 307.09 mg/L增至9 520 mg/L时,COD去除率在85.77%～94.44%之间,输出电压及功率密度则分别由449 mV和50.40 mW/m²下降至406 mV和41.21 mW/m²。自来水作阴极液可避免二次污染及阴极液对阳极室微生物的影响,并得到高的产电能力。     

加入多孔球形颗粒微生物燃料电池的性能研究

设计了一个典型的双室微生物燃料电池,并考察了在阳极室加入多孔球形颗粒条件下对人工合成污水产电性能的影响。实验发现,加入多孔球形颗粒后,最高电压从不加颗粒的253 mV提高到280 mV,持续产电时间从5.5 d提高到8 d,COD去除率从78%提高到82.6%。进一步的实验发现,加入多孔球形颗粒后,系统内阻从286Ω降低到199.4Ω,最大功率密度从78.6 mW/m2提高到114.3 mW/m2。结果表明,微生物易于在多孔球形颗粒上附着和生长,颗粒通过均匀搅拌与阳极表面产生持续碰撞,有利于胞外电子传递到阳极,这一过程大大减小阳极的内阻,增大电池的输出电压进而增大输出功率,从而显著提高电池的产电性能。     

玉米秸秆生物炭电极用于微生物燃料电池脱硫反硝化性能

研究了玉米秸秆生物炭作为微生物燃料电池电极的性能。阳极以S^2-为单一电子供体,阴极以NO3^-为电子受体,以碳毡为对照电极,考察玉米秸秆生物炭电极用于生物燃料电池同步脱硫反硝化的电化学性能、产电性能以及污染物去除能力,分析了不同硫氮质量浓度比对生物炭电极微生物燃料电池脱氮除硫效率以及输出电能的影响。结果表明,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池实现了更高的交换电流密度(22.42×10^-3 A·cm^-2)和更低的电荷转移电阻(4.24Ω)。与碳毡电极相比,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池最大输出电压和最大功率密度分别提升了18.91%和16.67%。当硫氮比为5:4时,反应器脱硫反硝化和产电能力最佳。阳极室S^2-出水质量浓度由120 mg·L^-1降至1.08 mg·L^-1,去除率为99.1%,其中76.52%转化为SO₄^2--S,阴极室NO₃^--N去除率...     

水解酸化应用于剩余污泥减量的试验研究

碱减量印染废水生物处理剩余污泥接种培养成熟的水解酸化菌,通过它们的新陈代谢作用,可以实现系统内生命物质的更新和减量,同时降解了污泥吸附的有机物等,达到对剩余污泥减量的目的.在系统污泥减量初期,水解酸化作用对微生物的"液化"、内容物释放和对有机物的生物降解作用是污泥减量的主要原因;随着中间代谢产物的积累,微生物活性受到抑制,试验后期剩余污泥减量主要是微生物内源呼吸的结果.试验条件下,接种了成熟水解酸化细菌的 2 组剩余污泥 MLSS 浓度分别为 7.765 和 11.250 g/L,MLVSS 浓度分别为 4.466和 6.360 g/L,经过 513 h后 MLSS、MLVSS 浓度较开始时分别下降了 40.31%、45.73%和 54.85%、63.18%.一定污泥浓度范围,污泥减量效果与污泥浓度正相关.     

微生物燃料电池阴阳两级分步降解对氯酚效果

构建一种微生物燃料电池(MFC),首先将对氯酚在阴极室降解为苯酚,随后将阴极处理液在阳极室降解。研究了对氯酚废水经过阴阳双室分步处理后的去除效果和该MFC的产电性能,结果表明,在外电阻1 000Ω时,阴极脱氯阶段最大输出电压为216 m V,产电周期为132 h;阳极降解阶段最大输出电压为277 m V,产电周期为48 h,对氯酚的总去除率为96.2%。实验结果表明该MFC能较好处理对氯酚废水,且与传统的生化处理技术相比,有较大的优势。     

污泥淤砂分离器对分离分流污泥性质的影响

为解决我国很多城镇污水厂活性污泥的MLVSS/MLSS普遍偏低,污泥中泥沙淤积严重的问题,根据水力旋流器的分离原理,开发了污泥淤砂分离器,实现污泥中生物基质和淤砂的分离分流,研究污泥淤砂分离器主要结构参数排口比(底流口直径/溢流管直径)对分离分流污泥性质的影响。实验结果表明,排口比为0.4时,污泥经过污泥淤砂分离器后,得到的底流污泥MLVSS/MLSS比原污泥减小了34%,溢流污泥MLVSS/MLSS增大了16.8%,污泥中的生物基质富集在溢流污泥中,淤砂富集在底流污泥中;底流污泥浓度MLSS比原污泥增加了2.6倍,底流污泥SVI和CST分别减小了68%和70%,底流污泥浓缩效果明显,沉降性能和脱水性能大幅提高,有利于底流污泥的处理处置;进一步减小排口比,底流污泥浓缩效果、沉降性能和脱水性能均进一步提高。     

温度对淀粉酶强化污泥为燃料微生物燃料电池的影响

采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),对比分析了温度变化对淀粉酶强化剩余污泥为燃料的MFC(ESMFC)产电特性和污泥减量化效果的影响.研究表明,在40℃时ESMFC最大功率密度相对于参照组(投加等量失活酶系统)功率密度输出增加最大,为94%;此时CE也最大,为9.2%。这主要是由于在此温度下淀粉酶对系统的促进作用更明显。在45℃时,ESMFC系统中污泥减量化效果最好.当运行温度为45℃时,ESMFC中TCOD去除率为87.2%,投加等量失活淀粉酶的ESMFC中TCOD去除率为55.7%;ESMFC中VSS/TSS从原泥中的67.34%下降到28.07%,对照组则下降到45.61%。此研究对投加淀粉酶的ESMFC实际应用具有一定指导意义。     

双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水

基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),针对阴极分别接种活性污泥(A-MFC)和反硝化细菌(D-MFC),研究其产电情况和硝酸盐废水去除效果。结果表明,在产电的同时都可有效去除废水中的硝酸盐污染物。在外接电阻100Ω的情况下,2种MFC均具有良好的产电性能,A-MFC和D-MFC达到的最大输出电压分别为119.6 mV和117.2mV,最大功率密度分别为23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同时两者在阴极室的平均反硝化速率分别为1.86 mg/(L.d)和2.19 mg/(L.d),阳极室的平均COD去除率分别为81.9%和82.4%。另外,通过扫描电镜观察可知,A-MFC和D-MFC阴极碳布表面形貌存在差异,并且阳极与阴极碳布表面形貌差异显著。     

污泥脱水性能的关键影响因素研究

针对目前污泥脱水性能影响因素不明的问题,研究通过对SBR在7种运行工况条件下活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的提取和测试,并采用SPSS软件分析,探讨MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖、胞外蛋白质含量、胞外多糖含量、EPS总含量对污泥脱水性能的影响。研究结果表明,MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖是影响污泥脱水性能的关键因素,并建立了脱水污泥含水率和污泥结合水含量的影响因素模型:脱水污泥含水率=0.229×(MLVSS/MLSS)+0.023×(胞外蛋白质/胞外多糖)+0.539、污泥结合水含量=2.876×(MLVSS/MLSS)+0.335×(胞外蛋白质/胞外多糖)-0.012,通过对7个城市污水厂污泥脱水性能测试比较表明,模型对脱水污泥含水率和污泥结合水含量预测值相对误差分别在±1%和±5%以内,对污泥脱水性能预测效果良好。