微生物燃料电池处理生活污水产电特性研究
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水资源与水工程学报
21 00年
等优点而被广泛使用【。但是因为生活污水水质复 4 I杂对质子膜污染比较严重， C处理生活污水的研 MF究还较少。现如今生活污水的产生量逐年上升，据相
2结果与讨论2 1基质浓度对产电的影响 .
关资料表明处理 C D单位电耗为 0 2 O .2~06 k .9( W
据相关研究报道，质浓度对产电的影响非常基大。本试验采用 4种不同基质浓度梯度 ( O C D分别为 1 1m/,9 g L 6 5m/,9 g L,察 5 g L 2 7m/,0 g L 8 6 m/ )考了基质浓度对 MF C产电的影响，结果见图 1。
h/ g运行成本为 0 1 )k, .5~0 7 .9元/
J。并且质
子膜 MF C处理污水的产电效率很低，电池输出功率随着运行时间的延长逐步下降以及其他运行问题的原因探讨还鲜见报道。本文采用模拟生活污水作为电池燃料，旨在研究微生物燃料电池处理生活污水的
产电特性，探索在较长时间的运行中质子膜燃料电池产电效率逐渐衰减的原因。
1材料与方法1 1 MF . C结构及数据采集
试验采用的反应装置为单极室微生物燃料电池。阳极为碳布，有效面积为 2 m; 0c 阴极为质子膜时 N/ h
( a ol7杜邦，国 )载铂碳纸 ( . gc N fn 1, i美与 0 5m/ m )热压，载铂侧对水侧，载铂侧对空气侧，效面积非有为 1 .6c 2 5 m。反应器有效容积为 10mL 5 。用钛线连接阳极、接负载和阴极。外接负载为电阻箱外
图 1不同基质浓度下产电曲线
从图 1中可看出， C D=1 1m/当 O 5 g L时，大最电压为 15 6 MV, O=2 7 m/,大电压为 9. CD 9 g L最 2 6 5MV, O 6 5m/, 2 . C D= 0 g L最大电压为 2 0 1 4 . MV,
当 C D=8 7 m/ O 9 g L时，大电压为 2 9 2 M最 1 . V。不
( X 1天水，国 )阻值 10 0n。电压数据采集 Z2,中， 0采用万用表 ( C 8 6+,利，国)每 3 mi录 V 90胜中， 0 n记数据一次 (时为周期内每天 7 3 2:0。计：0~ 2 3 )1 2废水 .
同的基质浓度对 MF C输出的电压影响不是非常明显，随着污水 C D值的增加电池最大输出功率有微 O小的上升。当 C D为 6 5 m/ O 0 g L时，大电压为最 2 0 1MV,率为 2 . 2 MW/ 4 .功 8 8 m。超过 6 5 m/ 0 g L之后，大电压并没有继续上升，最这一变化规律符合
试验所采用模拟生活污水 (除特殊指出 )的组成为乙酸钠 0 2 3 ,萄糖 0 10 , . 3 0g葡 . 7 0g可溶性淀粉 0 10 ,白胨 0 1 8g磷酸二氢钾 0 0 0 , .6 0g蛋 .5 , . 7 0 g硫酸铵 0 0 8 g维生素 1 .,物质 1 . L, . 2, 2 5 mL矿 2 5mN H P 4 H O为 5 5 4 , aH O 1 H O为 a 2O 2 2 .4 4 g N￣ P 4 2 2
莫诺方程。MF C对 C D去除率在 4%一8%之 O 1 8间。随着 C D浓度的增大去除率也增加， O但受微生物代谢能力所限电子回收率并没有随着 C D的增 O加而增大，故库仑效率呈反向变化。当 C D为 1 1 O 5
2 .8 , 3 0 4g自来水 10 0 mL废水的 C D约为 6 0 0, O 0mg/L【l 6。
C D浓度梯度是将此模拟废水稀释 2倍、 O
m/ gL时，大库仑效率为 6 6%, C D为 65最 .1而 O 0m/ g L时，仑效率最大值仅为 2 9%。库 .22 2单一基质对产电效率的影响 .
1及浓缩 1 5倍得到。试验中采用的单一基质的倍 .
组成是将上述配水的四种碳源变为一种：萄糖葡 0 3, .4g淀粉 0 3,白胨 0 36g乙酸钠，.6 .2g蛋 . 1, 0 46 g其余组分不变保持 C D约为 60m/。, O 0 gL13反应器启动与运行 .
从上可知， C输出功率并没有随着基质浓度 MF的上升而上升，种混合菌的 M C对基质是否有选接 F择性以及产电特性尚不
清楚。试验 M C接种菌为 F U S中的产甲烷菌，甲烷菌之间有协同共生的 AB产关系。目前大多数研究表明， C处理小分子简单 MF基质的产电效率要优于大分子复杂基质。但是笔者认为简单分子基质很难让分解大分子复杂基质的细
试验采用的接种污泥取自西安青岛汉斯啤酒厂的US A B反应器，模拟生活污水驯化一周后与基用质配水以 1:2的比例注入反应器启动 MF反应 C,器采用间歇运行。将接种污泥和基质注入反应器
前，曝氮气去除反应器中的氧。将反应器置于温度为(5± ) 3 1℃的恒温培养箱。待电压下降至 5 V 0M 更换基质，反应器中取出 7 L水样，从 5m再加入等体积的模拟生活污水，始下一周期运行。开
菌参与其中，长期运行不利于污水的生化处理。将模拟污水的 C D控制在 (0 I0 m/,察单一 O 60-1 ) g L考 -碳源中简单分子与复杂分子基质对产电的影响。根据图 2可看出乙酸钠作为基质最大输出电压为