生活废水微生物燃料电池产电特性研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：菱壹日期：2盟生箜关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；⑧学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为

2、目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。∥，签名：；酪睇b日期：叩塑谚导师签名：嘭嗡日期：力f4toJ万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文生活废水微生物燃料电池产电特性研究摘要llUllIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2693054当今世界，能源的大量消耗所引起的全球性能源危机以及伴随着能源消耗所带来的环境问题，都激励着人们去寻找、探求可再生的环境友好型能源利用新技术。把大量生活废水中有价值的能源利用回收，已成环境化学领域研究一个重要课题。微生物燃料电池(MVC)是一种能将化

3、学能转化为电能新型电化学反应装置。MFC涉及生物学、电化学和环境学等多个学科领域，属于交叉学科。MFC以产电微生物做催化剂，将物质中所蕴含的化学能转化为电能，它具有绿色环保、操作安全、容易控制、原料来源广泛等诸多优点。MFC在处理生活污水上的应用，能够实现处理废水和产生电能的统一结合，有望改变现有高成本处理生活废水的现状。其应用前景极为广阔，但也面临极大挑战。现如今，MFC的研究尚处在实验室发展阶段，有很多技术问题需要解决，也有很多理论研究需要进一步完善。本论文使用双室MFC反应装置，以生活污水处理厂AAO工艺中缺氧池厌氧污泥做细菌接种源，通过对MFC

4、在线驯化，运用交流阻抗、循环伏安等电化学测定方法，考察微生物燃料电池的产电性能。(1)通过向电池阳极液中添加葡萄糖，使阳极液中葡萄糖浓度分别为1．OOg／L、0．33班、0．25g／L、o．17g／L、o．10叽，每个浓度条件为一个周期，电池共运行五个周期，考察葡萄糖浓度对MFC产电特性的影响。在一定范围内，提高葡萄糖浓度有助于微生物的生长繁殖，加速成熟生物膜的形成，T万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文有利于提高电池电化学活性和电池产电能力。但浓度过高，会出现“饱和效应”，无助于产电效率的提高。适合微生物生长繁殖的葡萄糖浓度对提高细菌电化学活性和电

5、池产电性能作用明显。细菌的产电活性高，有利于电子的传导，减小阳极过电位。在同一过电位时，葡萄糖浓度为0．33g／L时的电池电流密度最大。且葡萄糖浓度为0．33g／L时，电池具有最大的功率密度26．70mW／m2。葡萄糖浓度为1．00g／L、0．33g／L、0．25g／L、0．17g／L、O．10e,m时对应的传荷阻抗在阳极内阻中所占比例分别为96．9％、95．6％、97．7％、99．3％、99．7％，说明电化学反应的控制步骤为传荷过程。(2)考察体系温度变化对MFC产电的影响。通过不同温度下五个周期的运行，研究温度对MFC产电特性的影响。各周期温度分别

6、为18。C、25℃、32。C、39。C、46。C，研究发现，在一定温度范围内，温度升高有利于细菌生长、繁殖，对驯化形成成熟产电生物膜和加快新陈代谢都有帮助，能有效提高菌群的电化学活性和产电能力。同时温度对电解液的传导率、离子的迁移速率及质子在溶液中的传质等过程都有影响。温度升高，电池中的离子迁移速率提高，电解液的传导性增强，传质阻力和电解液阻力都下降，电荷在阴极的转移速率也加快。温度过低，细菌体内酶的活性较低，新陈代谢缓慢；温度过高，会使酶等蛋白质失活，甚至会造成细菌的死亡，对电池体系的电能输出不利。在这些因素的共同影响下，发现体系温度在32℃时，生物

7、膜的电化学活性最好，产电菌群的产电活性高，有利于电子的传导。在同一电流密度下，体系温度为32。C时的电池的阳极过电位最低。且此温度下，电池有最大功率密度为156．2mW／m2。温度分别保持在18℃、25。C、32。C、39。C和46。C时，所对应的交换电流密度分别是1．67x10。6mA／m2、TT万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文1．68×10。5mA／m2、8．02x10。5mA／m2、3．01X10—5mA／m2、2．20x10。6mA／m2。32℃时的电池的交换电流密度最大。关键词：微生物燃料电池，产电，葡萄糖，浓度，温度III万方数据太原

8、理工大学硕士研究生学位论文IV万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHFOREL