MFC-TMBR耦合系統(tǒng)運(yùn)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(shù)。由于MFC能夠在處理廢水的同時(shí)獲得清潔的電能，因此MFC是環(huán)境工程領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。針對(duì)有效提高M(jìn)FC電化學(xué)性能、降低MFC運(yùn)行成本、拓展MFC應(yīng)用范圍同時(shí)充分利用MFC產(chǎn)生的微弱電能將其與管式膜生物反應(yīng)器(TubularMembrane Reactor, TMBR)結(jié)合構(gòu)成MFC-TMBR耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了MFC與傳統(tǒng)技術(shù)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(dòng)期、穩(wěn)定期產(chǎn)電性能以及穩(wěn)定期水處理效果，分析了耦合系統(tǒng)的運(yùn)行可行性。針對(duì)MFC-TMBR耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)行條件下的產(chǎn)電性能以及輸出電流與運(yùn)行條件之間的關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上研究了生物陰極MFC生物傳感器對(duì)生物陰極室內(nèi)COD濃度的傳感作用。
　　研究表明:MFC-TMBR啟動(dòng)期耗時(shí)30天，穩(wěn)定后輸出電流為0.7±0.05mA，陽極電勢(shì)保持在-0.4

3、5V，陰極電勢(shì)穩(wěn)定在0.17-0.19V，穩(wěn)定運(yùn)行下內(nèi)阻為500±15Ω，最大輸出功率密度為0.060W/m2，相應(yīng)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(yùn)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(jù)能斯特方程分析，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要保持溫度、pH、基質(zhì)濃度大體不變，

4、從而確保生物陰極電勢(shì)變化導(dǎo)致電流變化實(shí)現(xiàn)生物傳感作用。MFC傳感器可通過電信號(hào)的反饋來表征生物陰極室內(nèi)各運(yùn)行參數(shù)的變化，它包括進(jìn)料速率、MLSS、EPS、COD等。同時(shí)，探討了MFC-TMBR耦合系統(tǒng)作為生物傳感器的最佳運(yùn)行條件為:進(jìn)料速率0.3L/h、HRT為7.3h、COD負(fù)荷率為0.137mgCOD/h·m3、MLSS為4340±140mg/L、污泥負(fù)荷為0.754kgCOD/kgMLSS·d，此時(shí)生物陰極MFC產(chǎn)電性能、庫倫效率