基于pH調(diào)控的藍(lán)藻水處理微生物燃料電池產(chǎn)電特性研究.pdf

1、沉積型微生物燃料電池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一種新型無(wú)膜微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,無(wú)二次污染等特點(diǎn),不僅可實(shí)現(xiàn)廢棄物或廢水的資源化利用,而且其結(jié)構(gòu)特別適用于污染湖泊、河流等水體的原位修復(fù)并為用電量不高的水下裝置供電。本研究以藍(lán)藻酸化液為底物,從電池性能、產(chǎn)電特性及陽(yáng)極生物膜特性等方面綜合探討了陰/陽(yáng)極pH對(duì)SMFC體系運(yùn)行

2、特性的影響,并結(jié)合循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)深入分析了藍(lán)藻水處理SMFC體系的電子傳遞特征,不僅可為藍(lán)藻水的無(wú)害化、資源化提供一種新方法,也可豐富和拓展MFC的應(yīng)用領(lǐng)域,具有重要的理論和實(shí)踐意義。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)陰/陽(yáng)極pH對(duì)SMFC體系啟動(dòng)及電池性能的影響研究表明,陽(yáng)極堿性、陰極酸性條件利于SMFC產(chǎn)電。pH為7/7(陰極/陽(yáng)極)體系的最大功率密度僅為49.47 mW/m2,

3、pH為7/5.5體系的最大功率密度最低,為27.65 mW/m2,而pH為5.5/8.5體系的最大功率密度最高,達(dá)87.74 mW/m2。陽(yáng)極pH對(duì)體系COD去除率有較大影響,但由于SMFC是一個(gè)復(fù)雜的微生物體系,同時(shí)存在產(chǎn)甲烷過(guò)程、發(fā)酵過(guò)程及其他相關(guān)的氧化還原反應(yīng)等,電池的功率密度與COD去除率之間未呈現(xiàn)明顯的相關(guān)關(guān)系。
　　 (2)陰/陽(yáng)極pH對(duì)SMFC體系產(chǎn)電特性的影響研究表明,陰極酸性條件可降低SMFC體系的歐姆損失,陽(yáng)

4、極堿性則可提高產(chǎn)電微生物的代謝活性進(jìn)而降低陽(yáng)極電勢(shì)及活化阻力,最終提高體系功率密度輸出。pH為5.5/8.5體系的陽(yáng)極電勢(shì)最低,為-528 mV,陰極電勢(shì)最高為146 mV,因此電池輸出電壓也最高,達(dá)674 mV。此時(shí),電池的表觀(guān)內(nèi)阻最小,為360Ω,輸出功率密度最大,為87.74.mW/m2。外阻較大時(shí),SMFC的功率輸出(放電)更穩(wěn)定。
　　 (3)陰/陽(yáng)極pH對(duì)SMFC體系陽(yáng)極生物膜特性的影響研究表明,胞外聚合物(Extr

5、acellular Polyrneric Substances,EPS)對(duì)陽(yáng)極生物膜的形成及維持具有重要作用。陽(yáng)極酸性條件下,微生物為抵抗外界pH變化分泌吸附更多的胞外多糖,pH為7/5.5體系的EPS中多糖含量最高,為18.82 mg/gVS。陽(yáng)極中性及堿性條件下,適宜的pH有助于微生物生長(zhǎng),易在陽(yáng)極表面形成穩(wěn)定的生物膜,并顯著提高陽(yáng)極生物膜的電化學(xué)活性,pH為5.5/8.5體系的陽(yáng)極生物量最大,生物膜的含P量為8.23μgP/g碳?xì)?/p>