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500 Ω。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。     

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。     

高盐高浓度废水微生物燃料电池的启动

通过加入不同比例的乙醇辅助高盐高浓度废水条件下微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC)的启动实验,发现在加入乙醇的微生物燃料电池的启动,较不加入乙醇的微生物燃料电池的启动更容易。分别进行了乙醇加入量(经换算后所得COD值)为原水COD值的0%、5%、10%、15%和20%这5组实验,通过比较得出,乙醇加入量为原水COD值10%左右时,启动最佳。     

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。     

双室微生物燃料电池同时去除废水中的苯酚和硝酸盐

构建了一种双室微生物燃料电池,以苯酚为阳极燃料,同时去除阴极室的硝酸盐废水。结果表明,在闭合情况下,该微生物燃料电池阳极室的苯酚降解效率达到7.6 mg/(L·h),是开路情况下的2倍;反应开始后的5 d内,闭合系统阴极室硝酸盐降解效率达到4.43 mg/(L·d),是开路情况下的2倍多,表明了该MFC系统可以同时去除废水中2种难降解污染物,并且与传统的生物降解方式相比较,具有更快的降解速率。     

微生物燃料电池处理污染废水的研究进展

微生物燃料电池(MFC)在处理污染废水的同时还能产生电能,成为环境和能源领域的研究热点之一。结合典型MFC结构,分别介绍了阳极室、阴极室和中间室所具有的不同功能,比较分析了各个室去除污染物的基本原理和当前的研究进展,讨论了MFC应用于实际工程中存在的问题,展望并提出了未来MFC的发展目标及发展方向。     

不同阴极微生物脱盐电池处理榨菜废水性能及微生物群落分析

为处理高盐榨菜废水(mustard tuber wastewater treatment,MTWW),实现系统同步产电脱盐的目的,构建了以生物电化学为基础的微生物脱盐燃料电池(microbial desalination cell,MDC),探讨了铁氰化钾和水阴极MDC产电及脱盐效果,并对系统微生物群落进行了分析。结果表明：在相同脱盐时间内,铁氰化钾组盐度去除率为90.30%,略高于水阴极组;在整个脱盐周期内,铁氰化钾组产电性能优于水阴极组;随着脱盐时间的延长,铁氰化钾组产电性能略有下降,而水阴极组产电性能显著增强;铁氰化钾组阳极优势菌属为Methanosaeta(23.55%)、Geobacter(14.09%)和vadinHA17(8.64%),水阴极组阳极优势菌属为vadinHA17(18.17%)、Methanosaeta(13.00%)和Methanosaeta(9.79%),其中Geobacter为产电菌,vadinHA17为水解发酵菌,Methanosaeta和Methanosaeta为常见产甲烷菌。铁氰化钾组阳极和水阴极组阳极中产甲烷菌占比很高,然而,产甲烷菌对系统产电脱盐有不利作用,因此,有必要寻找合适的抑制产甲烷菌产生的方法。运行后期,水阴极组阴极中出现了产电菌,极大地降低了阴极过电势,提高了系统的产电性能。上述研究结果可为MTWW的资源化处理提供参考。     

微生物燃料电池与好氧堆肥协同处理餐厨垃圾

实验主张将餐厨固体垃圾和餐厨废水分开处理,并研究微生物燃料电池(MFC)作为餐厨废水和堆肥渗滤液处理工艺的可行性,通过调节不同的有机负荷,分析其生物产电的潜力和处理效率。对于餐厨废水而言,3 000 mg/L是较为理想的处理浓度,输出电压最高,始终维持在0.5 V以上;高于此浓度时电压输出特性与底物浓度呈现反相关,输出电压略低于0.5 V。极化曲线,电化学阻抗分析等也都表明3 000 mg/L是较为理想的处理浓度。而且在各种浓度下经MFC处理后的餐厨废水去除率均在90%左右,出水COD均低于400 mg/L。至于堆肥渗滤液,虽然在产电性能、去除效果上较餐厨废水稍差一些,但整体上与餐厨废水呈现出相似的规律。以上结果表明,餐厨垃圾中的废水可以通过MFC有效的去除和实现能量的回收。     

微生物燃料电池处理含铜废水的研究

构建了以乙酸钠为阳极基质、Cu~(2+)为阴极电子受体的双室微生物燃料电池(MFC),考察了该MFC处理含铜废水的效果及Cu~(2+)浓度对MFC产电性能的影响。通过改变阴极液中CuSO_4的质量浓度(20~130mg/L),测试了MFC运行过程中的输出电压、输出功率密度、内阻、Cu去除率等指标。结果表明:Cu~(2+)可作为MFC的阴极电子受体;在外电路电阻为1 000Ω的条件下,Cu~(2+)质量浓度为130mg/L的MFC性能最佳,其稳定输出电压为0.33V、最大输出功率密度为114.42mW/m~2,内阻为231.62Ω,最高Cu去除率为84.59%;通过X射线衍射测试发现,阴极还原产物为Cu_2O。     

基于催化膜耦合颗粒活性炭阴极的微生物燃料电池体系处理焦化废水

含难降解污染物的工业废水,处理难度大、成本高,如未达标却大量排放,会造成严重的水体污染并威胁生态平衡和人类健康。为了开发高效、节能和可持续的环保技术,制备了新型催化电极膜组件,并内置活性炭颗粒或负载二氧化锰的活性炭颗粒,以扩大阴极的总体积,研究了其在11 L上流式微生物燃料电池与膜生物反应器耦合系统中对焦化废水的处理效果,考察了其对系统的产电性能和废水处理效果。结果表明,在产电和水处理成效上,催化电极膜内放置负载二氧化锰的活性炭颗粒阴极的耦合体系>催化电极膜内置活性炭颗粒阴极的体系>碳纤维布电极内置活性炭颗粒阴极的体系。碳纤维负载催化剂电极膜及内置活性炭颗粒阴极的系统,最大功率密度为1 041.35 mW·m−3,比仅用碳纤维布的电极膜内置活性炭颗粒阴极的对照组,提高了7.4倍,系统内阻也由309 Ω减小至104 Ω,有效降低了能量损耗。催化电极膜内置负载二氧化锰活性炭颗粒阴极的耦合系统,可高效去除焦化废水中的COD和${ {\rm{NH}}_4^ + }$-N,去除率最高可达95.75%和92.81%;COD去除负荷为1.55 kg·(m3·d)−1,比对照组提高了25%。增大阴极曝气速率,可提高COD去除效率(另一焦化废水,出水COD值低于40 mg·L−1,达到一级排放标准);COD去除负荷达到1.67 kg·(m3·d)−1。该耦合体系对焦化废水具有较好的处理效果和较高的产电能力,可为焦化废水等工业废水的处理提供一种有效可行的新方法。     

拟康宁木霉活菌体处理含铜废水

以拟康宁木霉(Trichoderma koningiopsis)活菌体为吸附剂探讨了接触时间、初始铜浓度、投菌量、葡萄糖用量、碱浓度等因素对木霉活菌体处理含铜废水效果的影响.结果表明,在初始铜浓度100 mg/L,投菌量3 g/L,预处理碱浓度0.2 mol/L的条件下,木霉活菌体吸附铜效果最佳,吸附量可达5.01 mg/g(湿).吸附Cu前后的拟康宁木霉菌降解四环素实验结果表明,吸附前后木霉对有机物均有降解效果,吸附过程属活菌体吸附.TEM结果显示,木霉去除铜的机制为表面吸附/络合和胞内富集,FTIR揭示了羟基是活性菌体吸附的主要基团,XRD分析结果证实了羟基与铜结合并以水蓝铜矾[Cu4(SO4)(OH)6H2O]形式络合于菌种细胞壁上,Langmuir吸附等温线较好地拟合了活菌对铜离子的吸附,表明菌体对铜离子主要为均质单层吸附.     

以不同底物和苯胺为燃料的微生物燃料电池的产电特性

通过构建空气阴极型双室微生物燃料电池,研究了以500 mg/L苯胺作为唯一燃料以及苯胺和不同底物共基质时MFC对苯胺的降解特性及MFC的产电性能。结果表明,在外电阻1000Ω,以500 mg/L苯胺为唯一燃料以及500 mg/L苯胺分别和500 mg/L乙酸钠,葡萄糖和可溶性淀粉作为共同基时的MFC运行周期分别为3、3.4、4.6和5 d;最大输出电压分别为273、450、428和380 mV;输出功率分别为142、225、201和160 mW/m2。苯胺去除率分别为68%、85.8%、71%和65%。内阻分别为931、524、564和751Ω,COD去除率分别为68%、85%、72%和65%。库伦效率分别为1.8%、7.9%、6.6%和4.5%。MFC可以使用苯胺作为唯一燃料,且当添加的基质不同时,MFC产电性能以及苯胺降解状况有所不同。利用MFC可以使苯胺高效快速降解的同时实现稳定的电压输出。     

微生物燃料电池在高盐榨菜废水处理中的产电性能

基于双室微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）,以高盐榨菜废水为燃料,考察了电池的运行状况,同时探讨了盐度变化对电池产电性能影响,并通过投加甜菜碱研究其对MFCs系统抵抗盐度负荷冲击能力的影响。结果表明：MFCs稳定运行时（阳极室容积80 mL）,最大功率密度、开路电压和电池内阻分别为3.55 W·m-3、0.698 V和427 Ω;底物中添加2 mmol·L-1甜菜碱后电池产电性能得到明显提升;当废水含盐量（增加到5 g·L-1 NaCl）为31.2 g·L-1时电池产电性能达到最佳,但是继续增高盐度后电池产电性能会急剧下降;投加甜菜碱有助于提高系统抵抗盐度负荷变化造成的冲击,维持电池的产电输出。     

络合-陶瓷膜耦合技术资源化处理模拟低浓度含铜废水

以聚丙烯酸(PAA)和壳聚糖(CTS)作为络合剂,耦合孔径200 nm的陶瓷膜处理模拟低浓度含铜废水,采用ICP-MS、TOC、SEM表征与Darcy膜污染模型对处理效果和膜污染情况进行表征;对比研究不同络合剂对Cu²⁺截留效果与资源化回用效率的影响;并探讨对应的膜污染机理。结果表明：溶液pH通过影响聚合物络合活性位点对Cu²⁺截留率起决定性作用;在pH=6、P/M≥5或C/M=10的优化条件下,Cu²⁺截留率接近100%;PAA相对于CTS对Cu²⁺的络合效率更高,而CTS具备更好的抗杂质离子干扰能力;酸解、循环回用的PAA与CTS对Cu²⁺截留率稳定在99%以上。膜污染阻力分布计算和SEM、EDX微观表征表明,滤饼污染为膜污染主要形式,CTS更易造成不可逆的膜孔堵塞污染。     

壳聚糖络合-陶瓷膜耦合技术处理低浓度含铜废水

采用孔径为200 nm的陶瓷膜,以壳聚糖为络合剂,研究了络合-陶瓷膜耦合技术处理低浓度含铜废水过程。考察了溶液pH、壳聚糖/ Cu2+质量浓度比、络合剂浓度、离子强度、操作压力及体积浓缩因子等对处理效果的影响。结果表明,壳聚糖投加量与pH是影响处理效果的关键因素,当壳聚糖/Cu2+质量浓度比≥10、pH=6时,Cu2+截留率接近100%,膜通量趋于稳定;在较高浓度外加盐(NaCl和Na2SO4)存在时,Cu2+截留率仍可达到99%以上。将壳聚糖-铜络合物浓缩液酸化解络后通过陶瓷膜过滤分离壳聚糖和游离态的Cu2+,可实现壳聚糖的循环回用;采用回用的壳聚糖处理含铜废水时,Cu2+截留率可达到95.8%。     

微生物燃料电池：既处理污水又发电

新型微生物燃料电池既净化水质，又可发电，从而使处理污水成为有利可图的产业。美国宾夕法尼亚洲立大学环境工程系以科学家洛根为首的研发小组，研制出一种新型微生物燃料电池，该电池装置与传统的氢燃料电池相似，是一个圆柱形树脂玻璃密封槽，与氢燃料电池不同的是：微生物燃料电池是单一反应槽里面装有8条石墨阴极棒，它们围绕着一个阴极棒，密封槽中间以质子交换膜间隔，密封槽外部为以铜线组成的闭合电路，用作电子流通路径。     

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。     

微生物燃料电池化学阴极与生物阴极处理含铬废水

采用双室微生物燃料电池(MFC)反应器,考察了不同初始Cr(VI)浓度下化学阴极与生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除情况。结果表明,在各Cr(VI)浓度梯度 (20、28、32、36、40和44 mg/L)下生物阴极MFC的产电及Cr(VI)去除性能均较化学阴极MFC更优,生物阴极最大输出电压为180.1 mV,是化学阴极的1.3倍。随着初始Cr(VI)浓度的递增,两者对Cr(VI)去除的差异越明显,最终在Cr(VI)浓度为44 mg/L时,生物阴极MFC的Cr(VI)去除率为66.4%,较化学阴极提高了55.1%。进一步由循环伏安扫描、电镜扫描及X-射线能谱分析证实生物阴极MFC较化学阴极MFC产电及去铬性能优越的主要原因除了生物阴极电极上电化学活性微生物的催化作用外,Cr(VI)还原产生的不导电Cr(III)沉积物在其电极上附着较少也是一个关键因素,该Cr(III)沉积物中含有Cr2O3。     

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。