生物陰極MFC處理中高濃度生活污水研究.pdf

1、在現(xiàn)今能源緊缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的大前提下,以生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)為核心的微生物燃料電池(microbialfuelcell,MFC)越來(lái)越受到人們的關(guān)注,微生物燃料電池獨(dú)特的產(chǎn)電、去污兩種特性,是它成為眾多研究者關(guān)注的主要原因。
　　實(shí)驗(yàn)充分考慮了已有的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)、類型,比較其優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種以生活污水為電解液的雙室生物陰極MFC。課題以間歇式、連續(xù)流兩種進(jìn)水方式運(yùn)行MFC為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),考察了進(jìn)水底物濃度、水力停留時(shí)間的改變及質(zhì)子

2、在離子交換膜間擴(kuò)散轉(zhuǎn)移對(duì)電池性能的影響,并結(jié)合電化學(xué)、動(dòng)力學(xué)等研究方法初步探討了生物陰極MFC在處理生活污水、產(chǎn)電時(shí)的基礎(chǔ)性能,并取得以下實(shí)驗(yàn)成果:
　　進(jìn)水有機(jī)底物濃度對(duì)MFC的電壓輸出、功率密度具有明顯的“飽和效應(yīng)”,進(jìn)水底物濃度越大,電池電壓提升越慢,可以用經(jīng)典的Monod方程來(lái)描述這一變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)得到了連續(xù)流時(shí)電壓隨進(jìn)水COD濃度變化的Monod經(jīng)驗(yàn)公式:132.194.34S+SV=。相比間歇式來(lái)說(shuō),進(jìn)水底物濃度相同時(shí)

3、,連續(xù)流運(yùn)行MFC有更好的水力紊動(dòng)條件,電池的輸出電壓、功率密度及COD去除率都高于間歇式;并且在實(shí)驗(yàn)中得到最大的電壓輸出為118.6mV,最大功率密度為81.2mW/m3,COD的平均去除率在80％左右。電池的庫(kù)侖效率隨進(jìn)水底物濃度的增大而減小,實(shí)驗(yàn)中取得的最大庫(kù)侖效率為1.93%,電子回收率較低。
　　連續(xù)流運(yùn)行MFC,水力停留時(shí)間減小時(shí),電池電壓、功率密度呈減速上升趨勢(shì);水力停留時(shí)間延長(zhǎng)有助于提高污水的COD去除率。實(shí)驗(yàn)中得

4、到反應(yīng)器的最優(yōu)水力停留時(shí)間為25h,對(duì)應(yīng)下的平均輸出電壓112.4mV,平均功率密度56.2mW/m3。
　　無(wú)添加緩沖劑連續(xù)流進(jìn)水時(shí)MFC的陽(yáng)極和陰極,均有比間歇式較好的pH環(huán)境,陽(yáng)極的電解液pH接近中性;和其他研究者的結(jié)論相比,實(shí)驗(yàn)中MFC陽(yáng)極pH值沒(méi)有明顯下降的原因在于Gore-Tex膜對(duì)OH-的傳質(zhì)能力比對(duì)H+更強(qiáng),OH-大量的從陰極擴(kuò)散至陽(yáng)極中和了陽(yáng)極室的酸性環(huán)境。計(jì)算得到Gore-Tex膜對(duì)OH-的傳質(zhì)系數(shù)KT=1.4