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)越來越受到人們的關(guān)注,微生物燃料電池獨特的產(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。
　　實驗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,設(shè)計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)流兩種進水方式運行MFC為實驗基礎(chǔ),考察了進水底物濃度、水力停留時間的改變及質(zhì)子

2、在離子交換膜間擴散轉(zhuǎn)移對電池性能的影響,并結(jié)合電化學(xué)、動力學(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)電時的基礎(chǔ)性能,并取得以下實驗成果:
　　進水有機底物濃度對MFC的電壓輸出、功率密度具有明顯的“飽和效應(yīng)”,進水底物濃度越大,電池電壓提升越慢,可以用經(jīng)典的Monod方程來描述這一變化規(guī)律,實驗得到了連續(xù)流時電壓隨進水COD濃度變化的Monod經(jīng)驗公式:132.194.34S+SV=。相比間歇式來說,進水底物濃度相同時

3、,連續(xù)流運行MFC有更好的水力紊動條件,電池的輸出電壓、功率密度及COD去除率都高于間歇式;并且在實驗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。電池的庫侖效率隨進水底物濃度的增大而減小,實驗中取得的最大庫侖效率為1.93%,電子回收率較低。
　　連續(xù)流運行MFC,水力停留時間減小時,電池電壓、功率密度呈減速上升趨勢;水力停留時間延長有助于提高污水的COD去除率。實驗中得

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