废水同步生物处理与微生物燃料电池发电的可行性研究

摘要

本文采用空气阴极微生物燃料电池，厌氧活性污泥来接种微生物燃料电池，启动期经过110h获得稳定电压0.24V。分别以乙酸钠和葡萄糖为底物进行发电，得到最大功率密度分别为145.56mW/m2和192.04mW/m2，COD的去除率分别为99％和87%。电子回收率较低，分别为9.56%和10.47%。
　　采用两种不同构型的反应器，结果表明ACMFC2的最大功率密度达到9800mW/m3，是ACMFC1(3070mW/m3)的3倍左右。由于电池构型的不同，ACMFC2(106.19Ω)比ACMFC1(281.28Ω)具有更低的内阻；ACMFC2(-442mV)比ACMFC1(-323mV)具有更低的阳极电位，这都是导致功率输出增大的原因。ACMFC2能够在间歇条件下运行近220h，电子回收率达到30.1%；相比之下，ACMFC1只能运行不到50h，电子回收率为9.78%。
　　以几种典型的厌氧水解发酵产物为底物进行发电研究，说明微生物燃料电池可以与有机废水的厌氧生物处理相结合进行发电。蔗糖、乳糖和葡萄糖所达到的最大功率密度分别为11476mW/m3、11400mW/m3和10368mW/m3，高于以乙酸盐、乙醇和丙酸盐为底物时分别获得的最大功率度，9248mW/m3、9800mW/m3和7200mW/m3。在以葡萄糖、乳糖、蔗糖、乙酸盐和乙醇为底物时，内阻均为110Ω左右。但是实验发现丙酸盐不同于其他底物，它做底物时内阻达到321Ω，并且阳极的电极电势变化也不同于其他底物。实验同时发现不同底物对于阴极的影响要明显于对阳极的影响。
　　空气阴极微生物燃料电池在以生活污水为底物、水力停留时间2.0h条件下连续流运行，COD去除率为71%同时最大功率输出103.45mW/m2，平均电子回收率为18.4%。虽然较长的水力停留时间对于COD的去除是很有效的，但是同时会导致输出电压的不稳定。同时在水力停留时间为2.0h条件下运行，污水中有机物浓度较低时，电压输出随着底物浓度的增加而升高，而当继续增大底物浓度时，电压输出趋于平缓，COD去除率也符合此规律。但随着有机物浓度的升高，电子回收率呈现下降趋势。另外额外投加无机盐电解质NaCl可以提高质子从阳极到阴极的传递速率，从而降低内阻，使功率输出增加到173.5mW/m2(NaCl2.5%)。

目录

废水同步生物处理与微生物燃料电池发电的可行性研究

FEASIBILITY STUDY ON SIMULTANEOUS WASTEWATER BIOTREATMENT AND ELECTRICITY GENERATION BY MICROBIAL FUEL CELL

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 能源与环境问题

1.2 污水资源化

1.3 污水处理及资源化新工艺——微生物燃料电池

1.4 课题的研究内容、目的及意义

第2章 实验设施与方法

2.1 实验的运行和启动

2.2 实验设施

2.3 计算和分析方法

第3章 微生物燃料电池的启动

3.1 微生物燃料电池系统的启动

3.2 利用乙酸钠和葡萄糖发电的性能分析

3.3 本章小结

第4章 电池构型对微生物燃料电池废水发电的影响

4.1 实验系统

4.2 微生物燃料电池的启动

4.3 不同构型微生物燃料电池发电性能分析

4.4 本章小结

第5章 废水水解发酵产物生物发电的性能研究

5.1 微生物燃料电池的准备与运行

5.2 微生物燃料电池发电性能分析

5.3 微生物燃料电池与污水厌氧处理工艺相结合的应用

5.4 本章小结

第6章 生活污水连续流同步处理及生物发电的研究

6.1 生活污水连续流同步处理及生物发电性能分析

6.2 水力停留时间污水处理及发电性能的影响

6.3 有机物浓度对微生物燃料电池发电性能的影响

6.4 无机盐对污水发电性能的影响

6.5 本章小结

结论

参考文献

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