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微生物燃料电池(Microbialfuelcell,MFC)在处理有机废水的同时能直接获得电能,作为一种新的废水处理技术,为缓解当前能源危机和环境问题提供了一条新的途径。本文应用双室微生物燃料电池,以有机废水为处理对象,开展了相关研究。首先,在静态培养条件下,对双室MFC与传统厌氧消化系统(ConventionalAnaerobicDigester,CAD)的厌氧消化特点和废水处理效果进行了对比,并利用PCR-DGGE技术对微生物相进行了比较。其次,以乙酸和淀粉为底物考察了不同底物条件下的处理效果。最后,利用双室MFC对糖蜜模拟废水进行了动态处理研究。研究的主要成果如下:
(1)静态实验条件下,双室MFC与CAD相比在处理高浓度废水方面具有一定优势:MFC对有机物的去除速率明显高于CAD。例如,216h时,MFC内TOC去除率为80.24%,相应地CAD中去除率为41.36%;MFC中产CH4、H2S量相对减少。
(2)双室MFC在去除有机物的同时也有效地输出了能量,静态实验条件下,以葡萄糖为碳源底物,最大功率输出密度(P)达到2.84mW/m2阳极表面积。
(3)双室MFC中优势微生物种群多样性高于传统CAD系统。MFC中优势菌包括:沃林氏菌属(Wolinella),紫单胞菌属(Porphyromonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)。
(4)双室MFC能量的输出与底物的种类有关,乙酸钠为底物时的最大功率输出密度是淀粉为底物时的6倍,简单底物的功率输出密度高于复杂底物。
(5)动态实验条件下,双室MFC能够有效处理糖蜜废水。进水COD=100mg/L,HRT=11.5h,去除率达到67.7%。延长水力停留时间会提高有机物的去除率,但相应的能量输出有所减少。
(6)动态处理糖蜜废水实验中,进水pH值和离子浓度影响双室MFC的最大功率输出密度。当pH=6.7时,产电菌活性最大,相应的最大功率输出密度达到0.65mW/m2(R=2256Ω)。进水中投加适量的NaCl会增加双室MFC的最大功率输出密度值。