生活廢水微生物燃料電池產電特性研究.pdf

1、當今世界，能源的大量消耗所引起的全球性能源危機以及伴隨著能源消耗所帶來的環(huán)境問題，都激勵著人們去尋找、探求可再生的環(huán)境友好型能源利用新技術。把大量生活廢水中有價值的能源利用回收，已成環(huán)境化學領域研究一個重要課題。微生物燃料電池(MFC)是一種能將化學能轉化為電能新型電化學反應裝置。MFC涉及生物學、電化學和環(huán)境學等多個學科領域，屬于交叉學科。MFC以產電微生物做催化劑，將物質中所蘊含的化學能轉化為電能，它具有綠色環(huán)保、操作安全、容易控制

2、、原料來源廣泛等諸多優(yōu)點。MFC在處理生活污水上的應用，能夠實現(xiàn)處理廢水和產生電能的統(tǒng)一結合，有望改變現(xiàn)有高成本處理生活廢水的現(xiàn)狀。其應用前景極為廣闊，但也面臨極大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)如今，MFC的研究尚處在實驗室發(fā)展階段，有很多技術問題需要解決，也有很多理論研究需要進一步完善。
　　本論文使用雙室MFC反應裝置，以生活污水處理廠AAO工藝中缺氧池厭氧污泥做細菌接種源，通過對MFC在線馴化，運用交流阻抗、循環(huán)伏安等電化學測定方法，考察微生物燃

3、料電池的產電性能。
　　(1)通過向電池陽極液中添加葡萄糖，使陽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，每個濃度條件為一個周期，電池共運行五個周期，考察葡萄糖濃度對MFC產電特性的影響。在一定范圍內，提高葡萄糖濃度有助于微生物的生長繁殖，加速成熟生物膜的形成，有利于提高電池電化學活性和電池產電能力。但濃度過高，會出現(xiàn)“飽和效應”，無助于產電效率的提高。適合微生物

4、生長繁殖的葡萄糖濃度對提高細菌電化學活性和電池產電性能作用明顯。細菌的產電活性高，有利于電子的傳導，減小陽極過電位。在同一過電位時，葡萄糖濃度為0.33 g/L時的電池電流密度最大。且葡萄糖濃度為0.33 g/L時，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時對應的傳荷阻抗在陽極內阻中所占比例分別為96.9％、95.6％、97.7％、

5、99.3％、99.7％，說明電化學反應的控制步驟為傳荷過程。
　　(2)考察體系溫度變化對MFC產電的影響。通過不同溫度下五個周期的運行，研究溫度對MFC產電特性的影響。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，溫度升高有利于細菌生長、繁殖，對馴化形成成熟產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活性和產電能力。同時溫度對電解液的傳導率、離子的遷移速率及質子在溶液中的傳質等過

6、程都有影響。溫度升高，電池中的離子遷移速率提高，電解液的傳導性增強，傳質阻力和電解液阻力都下降，電荷在陰極的轉移速率也加快。溫度過低，細菌體內酶的活性較低，新陳代謝緩慢;溫度過高，會使酶等蛋白質失活，甚至會造成細菌的死亡，對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，生物膜的電化學活性最好，產電菌群的產電活性高，有利于電子的傳導。在同一電流密度下，體系溫度為32℃時的電池的陽極過電位最低。且此溫度下，電池有最