微波预处理污泥上清液为燃料的微生物燃料电池研究

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1、微波预处理污泥j：清液为燃料的微生物燃料电池研究摘要能源是当今世界的一个重要问题，随着人类活动的增加天然能源被逐渐消耗，导致了化石燃料枯竭和全球变暖。随着能源危机的日益严重，人们纷纷把眼光投向了可再生能源技术以及可变废为宝的能源技术。利用微生物作为催化剂将储存在有机物中的化学能转变成为电能的装置叫做微生物燃料电池(MicrobialfullCell，MFC)。由于所用原料可以是有机高浓度废水、城市垃圾或者污水处理厂的剩余污泥，来源丰富价格低廉且不消耗矿物资源而且能有效降解污染物，因此微生物燃料电池越来越受到人们

2、的关注。活性剩余污泥中含有丰富的有机物质如蛋白质、多糖类和脂肪类等是一种极具潜力的生物燃料。利用剩余污泥直接作为MFC燃料的研究已经不少，但是目前利用直接剩余污泥作为微生物燃料电池产电所获得的输出功率密度非常小。为了进一步提高电池输出功率密度本研究首次将污泥预处理技术与MFC技术联合起来。将微波预处理的污泥上清液作为微生物燃料电池的底物通过接种剩余污泥为燃料的微生物燃料电池的细菌悬液后成功启动了单室无膜微生物燃料电池。考查了微波时间和功率对微生物燃料电池最大输出功率密度的影响、可能影响输出功率密度的相关因素以及

3、一个周期内燃料性质变化规律并且对不同外接电阻下MFC阳极表面附着的微生物形态差异进行了分析。结果表明长时间和适度较高的微波功率(<900W)能够有效提高MFC的产电能力，在最佳微波处理条件(300s，720W)时输出功率密度可达306．2mw．m～；电池阳极面积越大，输出功率密度反而越小。阴阳极距离从5．0cm缩小到0．5cm时，输出功率密度先增加后降低，在距离为2．0cm时输出功率密度达到最大值282．7mW．m～，说明阴阳极距离过近时溶解氧可能通过空气阴极传递到阳极影响了阳极表面上厌氧微生物的活性。采用Na

4、Cl作为离子添加剂时，随着投加量的增加，内阻显著降低输出功率密度相应增加，最大输出功率密度为362．6mw·m～；不同外接电阻(30Q、500Q、2000Q)下库仑效率依次为83．3％、79．0％、33．6％；通过扫描电镜观察到在外接电阻较高为2000Q时阳极表面附着的微生物以球菌为主外接电阻较低为30Q时形态较为复杂主要是丝状菌、球菌和杆菌；外接电阻对SCOD去除率的影响不大；采用最优条件时最大输出功率密度高达387。6mW·m～。关键词：微生物燃料电池；微波预处理；外接电阻；库仑效率；微生物IIAbstra

5、ctEnergyisaninlportantissueintoday’sworld．IncreasinghumanactiVitiesareconsumingthenaturalenergysourcesleadingtodepletionoffossilfuelandglobalwarming．Intheever．increasingsearchforrenewableandenVironmentalfriendlyenergyalternativestof．0ssilfIuels，Variousapproa

6、chestoderiVeenergyfromrenewablesourcesespeciallyfromwastehavebeenexamined．MFCisabiochemical．catalyzedsystem，whichgenerateselectricitybyoxidizingbiodegradaLbleorganicmatterinthepresenceofeithercatalyticactiVityofmicroorganismsorenzyme．SincetheMFCcantraprenewa

7、bleenergybyusingaVarietyofsubstratesincludingcarbohydrate，protein，foodwastewaterandswinewastewater，theapplicationofMFCwerestudiedquiteextensively．Theexcesssludgefromwastewatertreatmentplantisrichinp01ysaccharidesandproteinsandthusitisregardedasapotentialsubs

8、trateforMFC．Recently，somestudieshaVebeenfocusedonusingsludgetoproduceelectricitywithMFC．HoweVer，thereportednlaximumpowerdensityisverylowbyusingtheexcesssludgeasMFCf．uel．Duet0thelowelectricityyie