垃圾渗滤液-沉积污泥微生物燃料电池的产电性能

采用单室沉积型微生物燃料电池(SMFC)处理垃圾渗滤液与沉积污泥,考察电池的产电性能及污染物去除效果。SMFC输出电压呈周期性变化趋势,最大输出电压251 m V,最大功率密度为10.35 mW·m~(-2),功率密度随电流的增加先增大后减小,燃料电池内阻为2 653Ω。COD、氨氮去除率分别达96.18%和80.60%。SMFC的平均输出电压随污染物的降解呈波浪型上升趋势。MLSS、MLVSS去除率分别为24.40%和30.32%。实验结束后,MLVSS/MLSS的比值由0.70降至0.65,在SMFC产电过程中,污泥中的有机物得到有效降解。因此,SMFC可实现污水净化、污泥减量及产电一体化的效果。     

微生物燃料电池修复石油污染盐碱土壤

生物电化学技术修复石油污染土壤并同步产出电能是一种新兴的污染土壤生态修复技术。对石油污染土壤通过其微生物燃料电池的构造,利用电化学阻抗谱分析了土壤的欧姆内阻,拟合估算了土壤的电导率,并考察了土壤微生物燃料电池的产电性能和修复效果。结果表明:采用丙酮清洗过的阳极并有水封的情况下,土壤微生物燃料电池的欧姆内阻下降了52%,电导率升高了1倍;在启动后的120 h内,最大电压和累计产出电量分别达189 m V和36 C,与对照相比分别增加了20和29倍。输出电压随着阴极与阳极之间距离的增大而减小。经过30 d的生物电化学处理,土壤中的总石油烃去除率是开路对照的3.3倍。该研究是石油污染盐碱土壤生物电化学修复的初步探索,以为污染土壤的生态修复提供新的思路。     

COD对生物除磷颗粒污泥稳定性影响研究

颗粒污泥稳定性是影响其应用的主要因素之一.以SBR中成熟的生物除磷颗粒污泥为研究对象,探讨进水COD浓度对系统稳定性的影响.结果表明,当进水COD浓度由300 mg/L逐渐升高到500 mg/L时,磷去除率由93%降低到88%;当进水COD浓度在400 mg/L以下时,污泥的最大比释磷速率和比吸磷速率分别为45.2 m...     

稳恒磁场作用下微生物燃料电池的产电特性和电化学阻抗谱分析

对混合菌接种的双室微生物燃料电池加载磁场强度为175 mT的稳恒磁场,利用电化学交流阻抗等电化学分析方法,考察了在磁场作用下微生物燃料电池（MFC）产电性能的变化,分析了磁场对MFC各部分内阻的影响。加载磁场使已启动完成的MFC的产电明显增强,开路电压提高了10%。加载磁场后最大功率密度为2.08 W/m2,大于加载前的1.58 W/m2,表观内阻由170Ω降至80Ω。电化学阻抗谱分析确定了阳极、阴极和全电池的等效电路模型,拟合结果发现阳极极化内阻约为5Ω。加载磁场使MFC的阴极极化内阻由74.98Ω降至56.73Ω。     

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。     

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.     

微生物燃料电池法测BOD影响因素研究

以双室无介体微生物燃料电池构建了BOD检测系统,研究了阴极流量、有机物浓度(BOD)及阳极流量的变化对系统响应信号(电池电压)的影响,并考察了系统响应信号与BOD浓度的对应关系。结果表明:阴极流量在1.5～5mL/min时,阴极流量变化对响应信号具有显著的影响,且响应信号随阴极流量增大而增大;当阴极流量由5 mL/min增加到10 mL/min时,阴极流量变化对响应信号影响不显著。BOD浓度在10～150 mg/L时,响应信号随底物浓度增加而升高,而BOD浓度大于150 mg/L时,BOD浓度变化对响应信号没有显著影响。当BOD浓度较高时,阳极流量变化对响应信号影响不大,但当BOD浓度较低时,阳极流量变化对响应信号有显著影响,且响应信号随阳极流量增大而增加。电池稳态电压与BOD浓度在10～150 mg/L范围内成指数衰减关系,而电池电压的初始变化速率与BOD浓度在50～200 mg/L范围有线性响应。     

双阴极MFC启动过程中的电化学特性

构建以污水处理厂二沉池污泥接种的双阴极微生物燃料电池(MFC),用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)表征了MFC启动阶段的电化学特性。结果表明:经过3个周期的运行,输出电压稳定,反应器启动成功,启动阶段厌氧-好氧和厌氧-缺氧部分输出电压的最大值分别为175和336 m V。缺氧阴极,厌氧阳极电极生物膜CV检测中出现氧化还原峰,随着启动时间的增加,其峰值电流逐渐增大;而好氧阴极电极生物膜的CV检测结果中未出现明显的氧化还原峰。悬浮污泥的CV检测结果中出现了成对的氧化还原峰,表明生物代谢过程中有电子中介体产生。EIS结果说明电极的欧姆内阻和扩散内阻基本保持不变,极化内阻在不断减小,很好地反映了产电微生物在电极上富集的过程。启动成功后缺氧、厌氧和好氧电极的极化内阻值分别为2.86、2.33和57.64Ω,好氧阴极极化内阻值较大,表明其电极生物膜催化能力较弱。     

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。     

过硫酸盐氧化法对污泥脱水性能的影响

以污水处理厂浓缩池污泥为研究对象,用污泥比阻、污泥含水率和污泥粘度评价污泥脱水性能,研究亚铁离子活化过硫酸盐氧化法对污泥脱水性能的影响。结果表明,单独投加过硫酸钾时,污泥比阻和含水率随过硫酸钾投加量的增加稍有下降。投加硫酸亚铁和过硫酸钾时,温度对污泥脱水性能影响不大。污泥脱水性能最佳的条件:在常温下,污泥p H为7,硫酸亚铁投加量为1.5 mmol/g VSS、过硫酸钾投加量为1.2 mmol/g VSS,亚铁离子和过硫酸根的摩尔比为1.25∶1,污泥的比阻从5.36×1012m/kg降低到1.9×1011m/kg,含水率从97.0%降低到81.6%,粘度从178 m Pa·s降低到102 m Pa·s。     

石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷(SSB)和泡沫镍(Ni-foam)为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物(GO)通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极(GOA-SSB/Ni-foam),将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示:在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119m W·m~(-2),比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜(SEM)表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗(EIS)结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼(Raman)表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。     

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1 000Ω,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 m V;输出功率分别为142、225、201和160 m W/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。     

电子受体对微生物燃料电池产电性能的影响

以厌氧污泥为接种菌源,醋酸钠为阳极基质,分别构建了铁氰化钾和过硫酸铵为电子受体的双室微生物燃料电池(MFC),并研究了MFC在不同电子受体下的产电性能。结果表明,以铁氰化钾和过硫酸铵为电子受体的MFC最大稳定输出电压均随着电子受体浓度的升高而增大。当铁氰化钾质量浓度大于2.0g/L时,MFC最大稳定输出电压增幅不大。两种MFC的内阻均随电子受体浓度的增大而降低。阴、阳极溶液体积相等,外阻为5 000Ω时,以10.0g/L过硫酸铵为电子受体,MFC最大开路电压和最大输出功率密度分别为1 029.0mV和385mW/m3;以10.0g/L铁氰化钾作为电子受体,MFC最大开路电压和最大输出功率密度分别为711.8mV和73mW/m3,均小于以过硫酸铵为电子受体的最大开路电压和最大输出功率密度。因此,过硫酸铵是一种理想的电子受体,能够提高MFC产电性能。     

BLR厌氧反应器处理垃圾焚烧厂渗滤液工程运行效能

采用1 100 m3BLR(biogas-lift reactor)厌氧反应器对垃圾焚烧厂渗滤液进行工程化处置,接种污泥为消化污泥,正常运行温度控制在(33±2)℃,启动负荷为1 kg COD/(m3·d),120 d后容积负荷达到10 kg/(m3·d)并稳定运行,出水COD浓度为4 500~6 500 mg/L,COD去除率为88%~92%,出水VFA含量为200~600 mg/L,p H值稳定在7.4~7.7,出水SS含量为1 000 mg/L左右,并可观察到沉降性较好的颗粒化污泥。反应器运行初期将VFA/ALK控制在1.6以内,系统并未因VFA积累而酸化崩溃,运行后期VFA/ALK值小于0.3,系统稳定运行。运行过程中进水氨氮浓度从400 mg/L升高到2 200 mg/L,未发现氨氮对厌氧生物处理的明显抑制现象。垃圾渗滤液中平均每去除1 kg COD产生沼气量为0.32 m3。     

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。     

UASB处理硫酸盐有机废水的启动

为了考察上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理含硫酸盐有机废水的特性,采用有效容积为10 L的UASB,研究了启动运行过程中COD和SO2-4降解情况、出水VFA和pH值、产气量及颗粒污泥比产甲烷活性(SMA)变化状况。结果表明,接种厌氧颗粒污泥,保持进水COD为1 500 mg/L,SO2-4浓度为100 mg/L,将HRT由24 h缩短至12 h以提高负荷,经历55 d成功启动了UASB反应器;当HRT为12 h,进水COD和SO2-4负荷为3.0 kg/(m3·d)和0.20 kg/(m3·d),COD和SO2-4的去除率分别达到80%和89%,出水VFA为3 mmol/L,产气量达9.5 L/d,颗粒污泥的SMA为86.4 mL/(g VSS·d)。     

Sb、Ce共掺杂SnO2/C/Ti电极对含酚废水的电催化性能研究

采用溶胶-凝胶法合成Sb、Ce共掺杂SnO2/C/Ti电极,经XC-72R炭黑吸附后得到钛基炭载金属氧化物SnO2-Sb(2.5%(质量分数,下同))-Ce(2.5%)/C/Ti电极,利用电化学交流阻抗法(EIS)测试电极的交流阻抗值随电位和不同浓度苯酚的变化情况。结果表明,在不同电位(0.10、0.95、1.01V)时,SnO2-Sb(2.5%)-Ce(2.5%)/C/Ti电极的膜电阻、电化学电阻、总电阻和苯酚氧化阻力随着电位的增加而减小;此外,在恒电位(0.95V)、不同质量浓度(100、200、300mg/L)苯酚溶液的条件下,电极的膜电阻、电化学电阻、总电阻和苯酚氧化阻力随着苯酚浓度的增加而增大。电极在反应过程中表现良好的活性,对苯酚的催化氧化较彻底。     

电絮凝耦合DSA或过氧化氢强化污泥脱水性能的比较与机理分析

为解决电絮凝法调理污泥期间电场无法有效破解污泥絮体、改善污泥脱水问题,分别将电絮凝与尺寸稳定阳极(DSA,Dimensionally-stable anodes)电极、H₂O₂进行耦合,比较和分析2种耦合工艺对污泥过滤性能、絮体破解程度、胞外聚合物(EPS)组分改变和污泥脱水性能的差异。结果表明,电絮凝耦合H₂O₂形成的间接氧化体系中,由于电致·OH在非均相体系中能无选择性地破坏污泥絮体、破解污泥细胞并降解胞外聚合物(EPS),从而促使阳极释放的铁离子通过吸附架桥、网捕等作用与絮体碎片和EPS片段重聚并沉淀,使15 min内污泥毛细吸水时间(CST)和污泥含水率(MC)分别下降了73.9%和31.4%;然而电絮凝耦合DSA直接氧化法同期的污泥CST和MC仅分别下降了64.9%和26.4%。此外,间接氧化法可以同时降解松散结合层(LB-EPS)和紧密结合层(TB-EPS),破坏EPS蛋白质亲水基团与水的作用力,并改善传统电化学法主要降解LB-EPS的不足,实现了提高电化学方法在同步污泥破解与沉降脱水方...     

序批式反应器处理垃圾渗滤液的污泥颗粒化及污染物去除性能研究

应用序批式反应器(SBR)处理垃圾渗滤液,以絮状活性污泥为接种污泥,经过37 d的运行,反应器内出现小粒径颗粒污泥。第50 d,反应器中污泥完全颗粒化。稳定运行期间,反应器内污泥的平均粒径为0.7 mm;SVI5min一直维持在较低的水平(27~47 mL/g);MLSS基本稳定在3 700~4 500 mg/L;当COD和氨氮的平均进水浓度为2 150 mg/L和312 mg/L时,平均出水浓度分别为540 mg/L和35 mg/L,去除率分别为75%和89%。     

蒸汽爆破对脱水污泥溶解性和厌氧消化性能的影响

利用蒸汽爆破装置对脱水污泥进行了预处理,研究蒸汽爆破对污泥溶解性和厌氧消化性能的影响。结果表明,经汽爆处理后污泥的絮体结构遭到部分破坏,1 MPa条件下的汽爆污泥液相中可溶性糖、挥发性脂肪酸和DNA的浓度较原污泥分别提高了806.38%、577.36%和300%,BOD5/TCOD上升了35.58%;厌氧消化过程中累积产气量和甲烷平均含量分别为320 m L和42.32%,比未处理污泥提高了611.11%和726.56%;VFAs和氨氮平均浓度分别达到107.0 mg/L和1 758.7 mg/L。同时,压强升高可进一步改善污泥溶解性和厌氧消化性能。