人工湿地耦合微生物燃料电池净化水质研究

构建以狐尾草、狐尾草+香蒲、狐尾草+香蒲+芦苇为湿地植物的人工湿地(CW)耦合微生物燃料电池(MFC-CW)系统,对比分析CW和MFC-CW系统对受污染水体中COD、氨氮和TP的去除效果。结果表明:(1)MFC-CW系统对底部出水中污染物处理效果均优于CW;(2)高水位MFC-CW系统产生95～210mV电压,低水位最大功率密度557.2mW/m2,能有效回收污水中资源,进而产生清洁的能源——电能;(3)微生物产电对污水中有机物的去除有正向促进作用。     

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。     

微生物燃料电池藻阴极性能比较及膜污染分析

为考察藻种类及阴极材料对藻阴极型微生物燃料电池性能的影响,以微藻及水绵为阴极生物,分别采用碳毡,碳纸,载铂碳纸为阴极材料,构建了微生物燃料电池。结果显示,以碳毡作为阴极材料时,2种藻阴极微生物燃料电池最大功率密度均高于以碳纸为阴极材料时相应的功率密度。采用载铂碳纸为阴极材料、天然湖水为阴极液,微生物燃料电池最大功率密度分别达到165.1 mW/m2(微藻阴极)和119.9 mW/m2(水绵阴极)。电化学测试表明,藻类生长形态影响了阴极的电化学特征,进而影响到了微生物燃料电池的性能。藻阴极MFC长期运行时,膜污染是藻阴极微生物燃料电池功率密度下降的关键因素之一。SEM-EDS分析显示,膜两侧污染主要原因分别是微生物生长和磷酸盐晶体沉积。     

阴极硝化耦合阳极反硝化实现微生物燃料电池技术脱氮

微生物燃料电池(MFC)是一种将废水中化学能转化为电能的技术,近年来被证实可以用来同步脱氮。目前,NH4+-N的硝化与反硝化多是在MFC阴极室进行,其存在曝气条件下反硝化菌难以富集的问题,造成反硝化速度慢。为解决上述问题,本研究旨在构建一种基于阴离子交换膜的(AEM)MFC,即AEM-MFC,使阴极好氧硝化过程产生的NO2-与NO3-能通过阴离子交换膜迁移至厌氧阳极室,并在厌氧阳极室发生还原,使得反硝化不需在好氧阴极室进行。结果表明,当阴极投加200 mg/L NH4+-N时,AEM-MFC能在66 h完全去除总氮,而同样条件下基于阳离子交换膜(CEM)的MFC,即CEM-MFC,则需要26 d达到相同的脱氮效果。在阴极室投加不同浓度NH4+-N(从50到500 mg/L)条件下,AEM-MFC连续运行7个月,其产电与脱氮效果稳定。相比于传统生物脱氮方法,AEM-MFC不需要在运行过程中在加入酸或碱调节pH,所需COD/N较少,并能够同时回收电能。     

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。     

城市大气中NOx和CO对质子交换膜燃料电池性能的影响研究

研究了城市主要大气污染物NOx和CO对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.电池恒流放电下的电压-时间曲线、极化曲线显示,体积分数为1×10-4左右的NOx对单电池性能造成严重的影响,但这种影响是可逆的.与此不同的是,往阴极通入7.9×10-5至1.56×10-3三种不同体积分数的CO65 h后,电池性能没有明显的下降.气相色谱和质谱数据表明,Pt能快速将空气中的CO氧化成CO2.     

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。     

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。     

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。     

回流式无膜生物阴极微生物燃料电池脱氮

为有效提高脱氮效率、降低MFC运行成本,设计了一种新构型回流式无PEM膜的生物阴极微生物燃料电池,处理生活污水,回收电能。研究了该系统的启动情况及稳定运行时的污水脱氮效果和产电性能。结果表明,系统稳定运行后,输出电压0.53 V,反应器内阻406.8Ω,最大功率密度201.9 mW/m3。连续进水、停留时间12 h、回流比为1及阴极连续曝气条件下,COD去除率85%以上,氨氮去除率93.94%,总氮去除率44.96%,总氮去除较作参比的A2/O系统提高8.17%。     

串联补给式微生物燃料电池加速处理含铜废水

微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFC）可用于处理有机废水并同时处理污水中的重金属。为了对MFC处理含铜废水进行优化,采用了KMnO4-MFC与Cu-MFC串联,通过前者产生的较高电压对后者处理含铜废水过程提供电压和功率的补给并获得额外电能,结果表明,KMnO4-MFC在KMnO4浓度为0.5、1、2 g·L-1时输出最大功率密度分别为288、433、700 mW·m-2,而Cu-MFC在Cu2+浓度为10 mg·L-1时最大功率密度仅为218.75 mW·m-2,二者串联能够明显加快Cu-MFC对Cu2+的回收速率,串联时Cu2+的回收率可达98%,24 h回收率可达91.7%,与单独Cu-MFC相比速率提高1倍。串联后,该种方法在加速铜回收过程的同时还能获得额外的电能,其最高输出功率可达143 mW。     

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⁻¹时,4个MFC模块的峰值输出电压介于526~619 mV,最大功率密度为103.47~121.00 mW·m⁻²,阳极室COD去除率和TN去除率分别高达94%和96%以上。氮去除途径分析结果表明,阳极室微生物吸附代谢作用、阴极室内源反硝化、阴极室通过AEM迁移至后序位阳极室进行反硝化过程分别贡献了25.96%~25.97%、0.91%~5.18%、68.87%~73.20%。     

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。