以谷殼及剩余污泥為燃料的微生物燃料電池性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC),是一種通過(guò)細(xì)菌或者酶的生物催化功能,氧化介質(zhì)中可生物降解的有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為電能的生物催化技術(shù),現(xiàn)如今已受到國(guó)內(nèi)外廣大研究者們的青睞。目前,大多數(shù)的研究往往采用高濃度的有機(jī)廢水,作為微生物燃料電池系統(tǒng)的底物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,而采用固體廢棄物作為其底物的微生物燃料電池系統(tǒng)卻少有研究,如果能將固體廢棄物中所蘊(yùn)含的能量釋放出來(lái),進(jìn)行二次利用,這不僅解決了固體廢棄物的處理處置問(wèn)題,還

2、為新能源的發(fā)展拓寬了思路。
　　首先,本實(shí)驗(yàn)中將谷殼進(jìn)行厭氧發(fā)酵,以其發(fā)酵液作為底物,外阻100歐姆,構(gòu)建微生物燃料電池系統(tǒng),并以連續(xù)流及間歇流兩種不同的運(yùn)行方式,考察其在MFC系統(tǒng)中底物處理及產(chǎn)電能力。
　　研究結(jié)果表明:在以谷殼發(fā)酵液為底物的MFC中,底物可以實(shí)現(xiàn)降解并且同步輸出電能;在MFC系統(tǒng)中加入COD值分別為1048mg/L,1935mg/L,3112mg/L的谷殼發(fā)酵液,以間歇流的方式運(yùn)行,輸出功率分別為19.

3、53W/m3,21.51W/m3,24.42W/m3,同時(shí)在運(yùn)行了48h后,谷殼發(fā)酵液的COD去除率分別為83.45％,86.12%,79.4%;以連續(xù)流的方式運(yùn)行微生物燃料電池系統(tǒng),將其COD濃度控制在約為2000mg/L,當(dāng)水力停留時(shí)間為24h時(shí),達(dá)到了最大的功率密度35.64W/m3。在相同的COD濃度下,對(duì)比不同的運(yùn)行方式,結(jié)果表明以連續(xù)流運(yùn)行時(shí),無(wú)論在功率密度,表觀內(nèi)阻,底物去除效率等方面的表現(xiàn)都優(yōu)于在間歇流態(tài)下的微生物燃料電

4、池系統(tǒng)。其可能原因是以連續(xù)流的方式運(yùn)行微生物燃料電池系統(tǒng)時(shí),整個(gè)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,不同于底物濃度會(huì)逐漸減少的間歇流運(yùn)行方式,提高了厭氧微生物的活性。
　　其次,采用相同的微生物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行剩余污泥的產(chǎn)電和消化實(shí)驗(yàn),并通過(guò)引入新型的陰極催化劑,探究其對(duì)微生物燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)電能力和污泥消化能力的影響。
　　研究結(jié)果表明:使用不同的泥水比例(不同的MLVSS值)時(shí),外電阻設(shè)為100歐姆的條件下,實(shí)驗(yàn)裝置呈現(xiàn)出了不同的功率密度。當(dāng)

5、泥水比為1:4(MLVSS值為4450mg/L)時(shí),系統(tǒng)達(dá)到最大功率密度為5.10W/m3;當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的剩余污泥添加磷酸鹽緩沖溶液時(shí),保持泥水比例不變,體系的功率密度達(dá)到了29.80W/m3,表明緩沖體系的加入有助于降低反應(yīng)器的電阻,而且使系統(tǒng)內(nèi)的pH值維持在適宜的范圍內(nèi),從而大大的提高了電池系統(tǒng)的性能指標(biāo);另外,在微生物燃料電池系統(tǒng)中引入新型陰極催化劑,在相同的泥水比為1:4的條件下,陰極催化劑為MnO2、Pt/C、MnO2/GNS時(shí)