堆肥微生物燃料電池產(chǎn)電與物質(zhì)降解研究.pdf

1、全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展帶來兩個(gè)重大問題：一是能源消耗過度，化石能源面臨枯竭的危險(xiǎn)；二是人們?cè)诠まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生大量的廢棄物，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞。為了解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的難題，很多新能源技術(shù)和廢物處理技術(shù)被研究應(yīng)用。微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)是利用微生物生化降解有機(jī)物，并將有機(jī)物中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種新型的生物質(zhì)廢棄物資源化技術(shù)。堆肥則是傳統(tǒng)的有機(jī)廢物處理方法?；谶@兩種技術(shù)有很多

2、共同點(diǎn)，本次研究中將MFC與堆肥技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了堆肥MFC反應(yīng)體系。
　　 本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了7個(gè)處理組，考查了含水率，磷酸緩沖液(PBS)濃度，催化劑和電極面積4個(gè)因素對(duì)堆肥MFC產(chǎn)電性能和物質(zhì)降解能力的影響，主要研究結(jié)論有：
　　 (1)堆肥MFC的產(chǎn)電效果隨含水率的增加而明顯提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含水率分別為60％，70％，80％的條件下，輸出電壓分別為115±8mV，180±12mV，544±26mV，最大輸出功率密

3、度分別為12±2mW/m2，36±9mW/m2，349mW/m2?？梢?，堆肥MFC的反應(yīng)底物應(yīng)該保證較高的含水率來保證產(chǎn)電效果。
　　 (2)PBS對(duì)堆肥MFC產(chǎn)電能力的影響與濃度有關(guān)。通過對(duì)比50mmol/L，100mmol/L，200mmol/L三個(gè)濃度PBS的影響，發(fā)現(xiàn)100mmol/L是最有利于堆肥MFC產(chǎn)電的濃度值。PBS的濃度為50mmol/L和200mmol/L時(shí)，穩(wěn)定輸出電壓約為210±10mV，相當(dāng)于100mm

4、ol/L時(shí)輸出電壓值的一半。而且50mmol/L和200mmol/L時(shí)堆肥MFC的內(nèi)阻為215±11Ω和118±12Ω，均大于100mmol/L時(shí)的99±7Ω?？梢姸逊蔒FC的反應(yīng)體系中應(yīng)該加入適當(dāng)濃度的PBS促進(jìn)產(chǎn)電效果。
　　 (3)催化劑對(duì)提高堆肥MFC的產(chǎn)電能力具有巨大的作用。添加0.1 mg/cm2的鉑催化劑，結(jié)果表明輸出電壓為未添加催化劑的兩倍，最大輸出功率密度是14倍多，電壓的啟動(dòng)時(shí)間處理3只有未添加催化劑的1/8

5、。所以為了增強(qiáng)堆肥MFC輸出電能的能力，對(duì)陰極進(jìn)行催化劑的處理是非常必要的。
　　 (4)堆肥MFC的輸出電壓和輸出功率隨電極面積的增大而增大。電極面積為113.04cm2時(shí)的輸出電壓可達(dá)到575±47mV，最大輸出功率可達(dá)到1.39±0.5mW，都高于電極面積為28.26cm2的輸出電壓和輸出功率值。但大面積電極時(shí)的最大輸出功率密度只有100±11mW/m2，為小面積電極的1/3?？梢婋姌O面積的擴(kuò)大雖然可以增大總的產(chǎn)電能力，但

6、是產(chǎn)電的效率降低，所以堆肥MFC的構(gòu)建需要選取合適的電極面積，既要保證產(chǎn)電總量，又要注意提高產(chǎn)電效率。
　　 (5)堆肥MFC的有機(jī)物降解主要受到含水率的影響，受PBS濃度、催化劑電極面積影響很小。處理1含水率60％時(shí)的有機(jī)物降解效果最好，牛糞總的降解率為35.71％，木質(zhì)素的降解率為55.00％，中性洗滌劑溶解物的降解率為37.45％，但是纖維素和半纖維素的降解量非常微小。在其他處理實(shí)驗(yàn)組中，各物質(zhì)的降解率都有不同程度的降低，