MFC-TMBR耦合系統(tǒng)運行及傳感特性研究.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種全新的生物技術。由于MFC能夠在處理廢水的同時獲得清潔的電能，因此MFC是環(huán)境工程領域一個新的研究熱點。針對有效提高MFC電化學性能、降低MFC運行成本、拓展MFC應用范圍同時充分利用MFC產生的微弱電能將其與管式膜生物反應器(TubularMembrane Reactor, TMBR)結合構成MFC-TMBR耦合系統(tǒng)，實現了MFC與傳統(tǒng)技術的整合。本文基于MFC-T

2、MBR耦合系統(tǒng)研究了耦合系統(tǒng)的啟動期、穩(wěn)定期產電性能以及穩(wěn)定期水處理效果，分析了耦合系統(tǒng)的運行可行性。針對MFC-TMBR耦合系統(tǒng)設計了生物陰極MFC生物傳感器，研究了生物陰極MFC傳感器在不同運行條件下的產電性能以及輸出電流與運行條件之間的關聯(lián)。在此基礎上研究了生物陰極MFC生物傳感器對生物陰極室內COD濃度的傳感作用。
　　研究表明:MFC-TMBR啟動期耗時30天，穩(wěn)定后輸出電流為0.7±0.05mA，陽極電勢保持在-0.4

3、5V，陰極電勢穩(wěn)定在0.17-0.19V，穩(wěn)定運行下內阻為500±15Ω，最大輸出功率密度為0.060W/m2，相應的庫倫效率為5.84％。MFC-TMBR耦合系統(tǒng)獲得了良好的水處理效果，COD去除率平均為94％左右，氨氮去除率穩(wěn)定在85％左右。MFC-TMBR耦合系統(tǒng)具有良好的運行可行性。
　　利用MFC-TMBR耦合系統(tǒng)中的生物陰極MFC作為生物傳感器，根據能斯特方程分析，在系統(tǒng)運行過程中需要保持溫度、pH、基質濃度大體不變，

4、從而確保生物陰極電勢變化導致電流變化實現生物傳感作用。MFC傳感器可通過電信號的反饋來表征生物陰極室內各運行參數的變化，它包括進料速率、MLSS、EPS、COD等。同時，探討了MFC-TMBR耦合系統(tǒng)作為生物傳感器的最佳運行條件為:進料速率0.3L/h、HRT為7.3h、COD負荷率為0.137mgCOD/h·m3、MLSS為4340±140mg/L、污泥負荷為0.754kgCOD/kgMLSS·d，此時生物陰極MFC產電性能、庫倫效率