油田采出水在MFC中產(chǎn)電性能與廢水處理的應(yīng)用.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是一種利用生物質(zhì)及微生物進(jìn)行電能生產(chǎn)的新型裝置。將MFC用于廢水處理，利用微生物作為催化劑將有機(jī)廢水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在廢水得以處理的同時(shí)又將能源回收利用，這對實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。油田采出水中含有大量難降解的石油類、聚合物、表面活性劑等有機(jī)物質(zhì)，本研究是首次采用水驅(qū)采出水、聚驅(qū)采出水和三元復(fù)合驅(qū)采出水三種主要油田采出水分別作為MFC陽極底物，研究其產(chǎn)電性能及主要污染物去除效果。緩沖溶劑(PBS)、溫

2、度和陰極類型是影響MFC性能的重要因素，有必要對其進(jìn)行深入的研究。本實(shí)驗(yàn)以雙室微生物燃料電池為研究對象，陰、陽極為碳纖維，用鈦絲連接陰陽極，在500Ω外電阻下運(yùn)行。陽極污泥來源于污水處理廠，啟動時(shí)添加0.1 g/L的葡萄糖為底物，運(yùn)行穩(wěn)定后以油田采出水作為唯一碳源。
　　為了研究PBS對三種油田采出水分別作為陽極底物的MFC的影響，本研究在20℃，陰極為K3Fe(CN)6溶液前提下，運(yùn)行添加PBS與原水分別作為陽極底物的6組MFC

3、。水驅(qū)原水、添加PBS水驅(qū)采出水、聚驅(qū)原水、添加PBS聚驅(qū)采出水、三元原水與添加PBS三元驅(qū)采出水獲得的最大輸出電壓分別為426 mV、458 mV、586 mV、631 mV、625 mV與723 mV，最低陽極電勢分別為-152 mV、-182 mV、-309 mV、-352 mV、-348 mV與-446mV。一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)隨著反應(yīng)進(jìn)行，六組微生物燃料電池的陰極電勢變化不大，維持在267～276 mV。水驅(qū)采出水、聚驅(qū)采出水與三元

4、復(fù)合驅(qū)采出水三種原水的pH分別降低1.28、1.73、1.77。結(jié)果表明PBS對MFC輸出電壓影響主要來自陽極電勢的貢獻(xiàn);不添加PBS可以在反應(yīng)過程中有效降低采出水的pH。
　　在其他條件保持不變的前提下，選擇三元采出水原水作為陽極底物。35℃、30℃、20℃和15℃最大的電壓輸出分別為808 mV、744 mV、625 mV與339 mV，最大的輸出功率分別達(dá)到3.715 mW、1.989 mW、0.804 mW與0.232 m

5、W，內(nèi)阻分別為71Ω、128Ω、320Ω與735Ω庫倫效率分別為31.23％、29.79％、25.48％與19.55％，COD去除率則分別為34.46％、33.03％、32.01％與10.11％。結(jié)果表明溫度對輸出電壓、輸出功率與庫倫效率等都有明顯的影響。
　　在35℃以三元采出水原水為陰、陽極底物的條件下，運(yùn)行生物陰極。溶解氧梯度實(shí)驗(yàn)表明，生物陰極MFC陰極液最佳溶解氧濃度(DO)介于3～4 mg/L之間，在此濃度下，MFC的庫

6、侖效率和輸出功率最高。在相同條件下，陰極溶液氧濃度為3 mg/L的生物陰極MFC與鐵氰化鉀陰極MFC最大電壓分別為925 mV、808 mV，輸出功率分別為5.74 mW、3.715 mW，庫倫效率分別為23.23％、20.23％，COD去除率分別為34.46％、34.07％。結(jié)果表明，生物陰極對MFC的輸出電壓、輸出功率與庫倫效率均有明顯影響。普通好氧生物處理與生物陰極的采出水主要污染物去除效果接近，但生物陰極有效控制了采出液好氧生物