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。     

新型微生物脱盐电池处理重金属铬废水

构建一种新型三室微生物脱盐电池(MDC),研究其脱盐产电并同步处理污染废水的效果。结果表明,阳极室为葡萄糖溶液,中间室盐溶液浓度5 g/L,阴极室为铁氰化钾溶液,闭合体系瞬时获得最高电压650 mV,同时脱盐效果良好,该MDC成功启动。其后,阴极室以重金属铬(200 mg/L)废水作为电子受体,中间室初始盐浓度为20 g/L、35 g/L,Cr(Ⅵ)平均还原率分别为1.06 mg/(L.h)和0.64 mg/(L.h),两者Cr(Ⅵ)的去除率均能达到80%以上,脱盐率分别为81.64%(20 g/L)和88.95%(35 g/L)。中间室盐浓度20 g/L时,获得最大输出电压466.6 mV,最大体积功率密度98.6 mW/m3,最佳内阻655.8Ω,库仑效率1.16%。表明该MDC系统具有良好的脱盐效果和处理废水效果。     

四室微生物燃料电池同步脱氮除碳及产电性能

微生物燃料电池近年来被证实可以用来同步脱氮,然而微生物燃料电池中阴阳极室通常以不同成分的污水作为底物。为了实现废水脱氮,往往需要进行出水调配或停曝等复杂的操作。为解决上述问题,本研究构建了阴极硝化耦合阳极反硝化的四室微生物燃料电池(four chamber microbial fuel cell,FC-MFC),阳极室与阴极室之间用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM)与阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)进行交替分隔。在浓度差作用下离子进行定向迁移,最终实现阳极室有机物和氨氮的同步去除。探讨了阳极COD(即进水碳氮比)对FC-MFC产电及污染物去除效果的影响,并分析FC-MFC的氮去除途径。结果表明：随着阳极室COD的增加,各MFC模块的产电周期、峰值输出电压和最大功率密度随之增加,同时阳极室COD和TN的去除率也呈上升趋势,该系统对高碳氮比污水具有良好的抵抗负荷。当进水COD和NH₄⁺-N质量浓度分别为1 100 mg·L^-1和100 mg·L     

废水中硝氮和COD浓度对AD-MFC脱氮产电性能的影响

为探明废水中硝氮和COD浓度对阳极反硝化微生物燃料电池(AD-MFC)工作性能的影响,在批式操作下逐步提高进水浓度考察了AD-MFC反硝化速率和产电性能的变化,并以多个动力学模型对此过程进行拟合。结果表明,废水浓度可通过污染物降解速率来影响产电性能,硝氮浓度从50 mg/L升高至2 000 mg/L时,反硝化速率和输出电压逐渐达到最大值((1.26±0.01)kg N/(m3·d)和(1 016.75±4.74)mV),但硝氮浓度继续提高会抑制反硝化速率和产电性能。Han-Levenspiel模型可较好地表征AD-MFC的污染物降解和产电动力学行为,以该模型为基础建立了污染物去除速率、输出电压、功率密度与进水浓度之间的关系,反硝化在NO-3-N高于4 000 mg/L时才能被完全抑制。AD-MFC适用于处理不同浓度的硝酸盐废水,并对高浓度硝酸盐废水具有较好的耐受性。     

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。     

高盐废水MFCs不同阴极电子受体产电及微生物群落分析

为探查不同电子受体产电性能及对阳极微生物群落的影响,研究了3种电子受体(铁氰化钾、曝气阴极、过硫酸钾),构建了双室榨菜废水微生物燃料电池系统(microbial fuel cells,MFCs),实现了污水处理和能量回收的双重目的,探讨了不同电子受体(铁氰化钾、曝气阴极、过硫酸钾)对榨菜废水MFCs产电性能及阳极微生物群落的影响。结果表明:在产电性能方面,当过硫酸钾作为阴极电子受体时,电池输出电压、库仑效率、功率密度均优于另外2种常用阴极电子受体(铁氰化钾和氧气);在500Ω的外接电阻间歇运行的条件下,其输出电压、库仑效率、功率密度分别为802 mV、(33±1.6)%、697 mW·m~(-2)。阳极生物16S rRNA基因测序分析表明,水解发酵菌为榨菜废水微生物燃料电池阳极核心菌群,铁氰化钾、氧气和过硫酸钾MFCs阳极微生物菌群相对丰度分别为64.3%、63.6%和75.51%,包括Lentimicrobium、Synergistaceae、Sphaerochaeta、Anaerolineaceae、Draconibacteriacea菌属。阴极电子受体不同的MFCs的阳极微生物群落核心菌群类似,但是丰度有所不同。势差较大的电子受体(过硫酸钾)微生物群落多样性和丰富度较高,产电和污染物去除效果较好。     

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...     

单室微生物燃料电池处理含铜模拟废水

为了降低废水中重金属的含量,研究了空气阴极单室微生物燃料电池对模拟废水中Cu(Ⅱ)的去除效果。考察了铜的初始浓度、初始pH值和外加电阻等单因子的影响,从Cu(Ⅱ)去除率及电压输出等方面进行考核,确定最佳去除条件:SMFC的最大耐受浓度为12.5 mg·L~(-1),最适Cu(Ⅱ)还原去除的初始pH值为6.0和低电阻500Ω。SMFC出水Cu(Ⅱ)浓度低于0.5 mg·L~(-1),达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中总铜排放标准,拓展了生物电化学系统系统在去除重金属离子废水方面的应用。     

阳极COD对榨菜生产废水MDC产电、脱盐的影响及氨氮去除的微生物群落分析

构建了3室榨菜生产废水微生物脱盐燃料电池系统(microbial desalination cell,MDC),探讨了其阳极COD对榨菜废水MDC产电、脱盐的影响;通过微生物群落分析,探查了脱盐室NH_4~+-N的去除途径。结果表明:在产电性能方面,MDC阳极COD为900 mg·L~(-1)时较400 mg·L~(-1)与1 400 mg·L~(-1)时更优,在1 000Ω的外电阻负载下,其输出电压、最大功率密度、库仑效率分别为550 mV、2.91 W·m~(-3)、(15.7±0.5)%;在脱盐方面,阳极COD为400 mg·L~(-1)时,较其他2种情况更优,MDC的脱盐时间、脱盐速率、电子利用效率分别为910.5 h、5.15 mg·h~(-1)、111%。阳极COD不同的MDC脱盐室,其NH_4~+-N的去除途径基本相同。脱盐室部分NH_4~+-N转化为NO_3~--N后,通过自身的反硝化或以NO_3形式迁移至阳极得以去除,剩余的大部分NH_4~+N以NH_4~+形式迁移至阴极,在碱性环境下转化为NH_3并排出。高通量测序分析结果表明,水解发酵菌属(总丰度为33.21%)为MDC阳极的核心微生物群落。阳极生物膜中的电化学活性菌(总丰度为11.78%)可实现电池的产电功能,反硝化菌属(总丰度为14.61%)的存在证明,脱盐室盐室NO_3~--N迁移至阳极室后进行了反硝化并得以去除。在脱盐室水体中检测到了氨氧化菌属(总丰度为6.93%)及反硝化菌属(总丰度为15.82%),这也是脱盐室中NO_3~--N快速产生和随后浓度陡降的原因。     

不同驯化方式对以苯酚为基质的微生物燃料电池产电性能的影响

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了单室微生物燃料电池（MFCs）,考察了梯度驯化、直接驯化和间接驯化3种不同驯化方式对MFC降解苯酚及产电性能的影响。结果表明,MFC在闭路状态下对苯酚的降解速率比MFC在开路状态下的苯酚降解速率加快10%～20%,说明MFC在产电的同时,可加速苯酚的降解。当以600 mg/L的苯酚溶液为单一燃料,反应68 h后,3种驯化方式下的MFC对苯酚降解率都达到90%以上。相对于其他2种驯化方式,梯度驯化条件最有利于MFC产电性能的提高及苯酚的降解,其最大输出功率为31.3 mW/m2,降解速率提高了7%～20%。     

两相分配式生物反应器处理高盐废水中的苯酚

采用新型两相分配式生物反应器(TPPB)和前期研究得到的高效苯酚降解菌对高盐废水中苯酚的降解进行研究,研究中确定煤油为反应系统的最佳有机溶剂,并考察了废水苯酚含量、废水盐度以及搅拌器搅拌速度对苯酚降解的影响。结果表明,反应系统能正常降解苯酚含量为1 000～2 500 mg/L的高盐苯酚废水;反应系统在含盐量为100 g NaCl/L、搅拌速度为50 r/min的运行工况条件下,降解时间缩短为52 h,总酚去除率为20.58 mg/(L.h)。     

实际污水与模拟污水活性污泥系统的特性差异

实验中经常采用人工配置的模拟生活污水,为了研究其与实际生活污水活性污泥系统的特性差异,采用2个序批式间歇反应器(SBR)进行平行实验(厌氧、好氧方式运行),系统地考察了在进水主要组分和运行参数相同的情况下,不同原水对活性污泥系统脱氮、除磷、比好氧速率、污泥絮体形态和出水水质等方面的影响。结果表明,模拟污水系统的硝化活性强于实际污水系统,两者的平均硝化速率分别为7.43 mg NH4+-N/(L.h)和5.55 mg NH4+-N/(L.h)。在前置厌氧段,模拟污水系统的释磷量比实际污水系统高出36.45%。两者在后续好氧阶段都能够充分吸磷。模拟污水系统的平均比好氧速率(SOUR)高达64.54 mg O2/(g MLSS.h),而实际污水系统的则只有32.81 mg O2/(g MLSS.h)。模拟污水系统的污泥絮体疏松,粒径小,形状不规则,沉降性差,沉后出水平均悬浮物浓度(SS)为20 mg/L;而实际污水系统的污泥絮体则密实、粒径大,沉降性好,沉后水十分清澈,SS几乎检测不出。     

负载TiO2/Fe3+的玻璃纤维反应器光催化苯酚

以玻璃纤维为载体,将TiO2负载到其表面形成了空间玻璃纤维反应器,引入Fe3+作为掺杂改性离子,形成了负载TiO2/Fe3+的空间玻璃纤维光催化反应器,并以高压汞灯为光源进行了光催化降解水中苯酚的实验研究,考察了影响苯酚光催化降解的因素,确定了在UV365～250 W光源照射下,pH为3～5,O2通入量1.0 L/(min.L),反应器内上升流速为0.7 m/min等实验条件下,初始浓度为30 mg/L的苯酚废水经120 min光催化反应后,降解率可达到85%,矿化率可达80%。     

Improving nitrogen removal in two modified decentralized wastewater systems

Efficient nutrient removal in decentralized wastewater treatment systems is a challenging task. To improve the removal of organic matter and nitrogen from wastewater, two types of bioreactors using membrane-aerated biofilm reactor (MABR) and microbial fuel cell (MFC) techniques were evaluated. During more than 250 days of continuous-flow reactor operation, both reactors showed consistently high chemical oxygen demand removal (>86%). At an influent ammonium-nitrogen (NH4(+)-N) concentration of 30 mg N/L, the average effluent NH4(+)-N concentrations were 6.2 and 0.5 mg N/L for the MABR and MFC reactor, respectively, while the effluent nitrate-nitrogen (NO3(-)-N) concentrations were 5.4 mg/ L in the MABR and 19.2 mg/L in the MFC-based reactor. The overall total inorganic nitrogen removal efficiencies were 64% and 36% for the MABR and MFC reactor, respectively. At the measured dissolved oxygen concentrations of 5.2 and 0.23 mg/L in the aerobic/anoxic zone of the MFC and MABR, respectively, a specific oxygen uptake rate of 0.1 g O2/g VSS-d, resulting from ammonia oxidation, was detected in the settled sludge of the MFC, while no nitrifying activity of the sludge from the MABR was detected. Molecular microbial analysis demonstrated a link between the bacterial community structure and nitrifying activity. The relatively high abundance of Nitrosomonas europaea was associated with its detectable nitrification activity in the settled sludge of the MFC. The results suggest that MABR and MFC techniques have the potential to improve organic and nitrogen removal in decentralized wastewater systems.     

脱氮副球菌YF1微生物燃料电池生物阴极脱氮和产电

以脱氮副球菌YF1构建纯种生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)进行脱氮和产电机理的研究。研究结果发现,阴极碳氮比、pH值对产电和脱氮效率有明显影响。当MFC的阴极运行条件pH值为8.0,碳氮比为20时,运行时间15 h时,脱氮率高达100%,输出电压为150 mV。上述结果表明,微生物燃料电池运行过程中,细菌降解硝酸根的机理为将硝酸根还原为N2或者直接将其作为自身的营养物质而利用。循环伏安(CV)与扫描电镜(SEM)的结果表明,在微生物燃料电池运行中,副球菌YF1通过接触导电作为产电的电子供体。     

苯酚的厌氧生物处理

采用不断增加苯酚浓度而降低葡萄糖浓度的方法可驯化厌氧污泥中的微生物,使厌氧污泥最终以苯酚为唯一碳源生长,可显著提高厌氧污泥降解苯酚的能力;对苯酚间歇厌氧降解过程进行了分析。苯酚浓度在0～1.680 mg/L范围内,其厌氧降解过程符合一级动力学。Aiba模型、Haldane模型和Teisser 模型均可很好地描述处于对数期时厌氧污泥的比生长速率与初始底物浓度之间的关系,其中以Teisser 模型模拟的效果最好。将驯化污泥接种于UASB中可实现对含酚废水处理的连续运行,最大的有机负荷达2 g COD/（L·d）,稳定运行时苯酚的去除率可维持在96%以上。     

Production of electricity from proteins using a microbial fuel cell.

Electricity generation was examined from proteins and a protein-rich wastewater using a single chamber microbial fuel cell (MFC). The maximum power densities achieved were 354 +/- 10 mW/m2 using bovine serum albumin (BSA) and 269 +/- 14 mW/m2 using peptone (1100 mg/L BSA and 300 mg/L peptone). The recovery of organic matter as electricity, defined as the Coulombic efficiency (CE), was comparable to that obtained with other substrates with CE = 20.6% for BSA and CE = 6.0% for peptone. A meat packing wastewater (MPW), diluted to 1420 mg/L chemical oxygen demand, produced 80 +/- 1 mW/m2, and power was increased by 33% by adding salt (300 mg/L sodium chloride) to increase solution conductivity. A wastewater inoculum generated 33% less power than the MPW inoculum. The MFC was an effective method of wastewater treatment, demonstrated by >86% of biochemical oxygen demand and total organic carbon removal from wastewater.     

微电解-Fenton深度处理制药废水影响因素与参数控制

采用铁炭微电解-Fenton联合工艺深度处理制药废水生化出水,探讨了初始pH、曝气量、反应时间等因素对微电解出水Fe2+和Fe3+变化规律、COD降解速率以及后续Fenton氧化效果的影响,为优化微电解-Fenton氧化联合工艺提出了微电解间歇加酸的理论。间歇加酸可提高微电解系统中COD降解速率和Fe2+含量,使后续Fenton氧化无需投加FeSO4·7H2O即可达到较好的COD去除效果。结果表明,当初始pH=2.5,曝气量为0.6 m3/h,间歇加酸30 min/次,微电解反应2 h,出水投加1 mL/L的H2O2进行Fenton氧化2 h,COD总去除率可达81.33%;间歇加酸30 min/次可将微电解反应2 h出水Fe2+浓度从50 mg/L提高至151 mg/L,COD降解速率从10.6 mg COD/(L·h)提高至22.2 mg COD/(L·h)。     

负载TiO2/Fe^3＋的玻璃纤维反应器光催化苯酚

以玻璃纤维为载体,将TiO2负载到其表面形成了空间玻璃纤维反应器,引入Fe3＋作为掺杂改性离子,形成了负载TiO2/Fe^3＋的空间玻璃纤维光催化反应器,并以高压汞灯为光源进行了光催化降解水中苯酚的实验研究,考察了影响苯酚光催化降解的因素,确定了在UV365-250 W光源照射下,pH为3-5,O2通入量1.0 L/（min.L）,反应器内上升流速为0.7 m/min等实验条件下,初始浓度为30 mg/L的苯酚废水经120 min光催化反应后,降解率可达到85%,矿化率可达80%。