生活廢水微生物燃料電池產(chǎn)電特性研究.pdf

1、當(dāng)今世界，能源的大量消耗所引起的全球性能源危機(jī)以及伴隨著能源消耗所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，都激勵(lì)著人們?nèi)ふ?、探求可再生的環(huán)境友好型能源利用新技術(shù)。把大量生活廢水中有價(jià)值的能源利用回收，已成環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域研究一個(gè)重要課題。微生物燃料電池(MFC)是一種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能新型電化學(xué)反應(yīng)裝置。MFC涉及生物學(xué)、電化學(xué)和環(huán)境學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，屬于交叉學(xué)科。MFC以產(chǎn)電微生物做催化劑，將物質(zhì)中所蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它具有綠色環(huán)保、操作安全、容易控制

2、、原料來(lái)源廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)。MFC在處理生活污水上的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)處理廢水和產(chǎn)生電能的統(tǒng)一結(jié)合，有望改變現(xiàn)有高成本處理生活廢水的現(xiàn)狀。其應(yīng)用前景極為廣闊，但也面臨極大挑戰(zhàn)。現(xiàn)如今，MFC的研究尚處在實(shí)驗(yàn)室發(fā)展階段，有很多技術(shù)問(wèn)題需要解決，也有很多理論研究需要進(jìn)一步完善。
　　本論文使用雙室MFC反應(yīng)裝置，以生活污水處理廠AAO工藝中缺氧池厭氧污泥做細(xì)菌接種源，通過(guò)對(duì)MFC在線馴化，運(yùn)用交流阻抗、循環(huán)伏安等電化學(xué)測(cè)定方法，考察微生物燃

3、料電池的產(chǎn)電性能。
　　(1)通過(guò)向電池陽(yáng)極液中添加葡萄糖，使陽(yáng)極液中葡萄糖濃度分別為1.00g/L、0.33 g/L、0.25 g/L、0.17 g/L、0.10 g/L，每個(gè)濃度條件為一個(gè)周期，電池共運(yùn)行五個(gè)周期，考察葡萄糖濃度對(duì)MFC產(chǎn)電特性的影響。在一定范圍內(nèi)，提高葡萄糖濃度有助于微生物的生長(zhǎng)繁殖，加速成熟生物膜的形成，有利于提高電池電化學(xué)活性和電池產(chǎn)電能力。但濃度過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)“飽和效應(yīng)”，無(wú)助于產(chǎn)電效率的提高。適合微生物

4、生長(zhǎng)繁殖的葡萄糖濃度對(duì)提高細(xì)菌電化學(xué)活性和電池產(chǎn)電性能作用明顯。細(xì)菌的產(chǎn)電活性高，有利于電子的傳導(dǎo)，減小陽(yáng)極過(guò)電位。在同一過(guò)電位時(shí)，葡萄糖濃度為0.33 g/L時(shí)的電池電流密度最大。且葡萄糖濃度為0.33 g/L時(shí)，電池具有最大的功率密度26.70 mW/m2。葡萄糖濃度為1.00 g/L、0.33 g/L、0.25 g/L、0.17 g/L、0.10 g/L時(shí)對(duì)應(yīng)的傳荷阻抗在陽(yáng)極內(nèi)阻中所占比例分別為96.9％、95.6％、97.7％、

5、99.3％、99.7％，說(shuō)明電化學(xué)反應(yīng)的控制步驟為傳荷過(guò)程。
　　(2)考察體系溫度變化對(duì)MFC產(chǎn)電的影響。通過(guò)不同溫度下五個(gè)周期的運(yùn)行，研究溫度對(duì)MFC產(chǎn)電特性的影響。各周期溫度分別為18℃、25℃、32℃、39℃、46℃，研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖，對(duì)馴化形成成熟產(chǎn)電生物膜和加快新陳代謝都有幫助，能有效提高菌群的電化學(xué)活性和產(chǎn)電能力。同時(shí)溫度對(duì)電解液的傳導(dǎo)率、離子的遷移速率及質(zhì)子在溶液中的傳質(zhì)等過(guò)

6、程都有影響。溫度升高，電池中的離子遷移速率提高，電解液的傳導(dǎo)性增強(qiáng)，傳質(zhì)阻力和電解液阻力都下降，電荷在陰極的轉(zhuǎn)移速率也加快。溫度過(guò)低，細(xì)菌體內(nèi)酶的活性較低，新陳代謝緩慢;溫度過(guò)高，會(huì)使酶等蛋白質(zhì)失活，甚至?xí)斐杉?xì)菌的死亡，對(duì)電池體系的電能輸出不利。在這些因素的共同影響下，發(fā)現(xiàn)體系溫度在32℃時(shí)，生物膜的電化學(xué)活性最好，產(chǎn)電菌群的產(chǎn)電活性高，有利于電子的傳導(dǎo)。在同一電流密度下，體系溫度為32℃時(shí)的電池的陽(yáng)極過(guò)電位最低。且此溫度下，電池有最