双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水

Posted 2023-01-13 硝酸盐

篇首语：志不强者智不达，言不信者行不果。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要：基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC),针对阴极分别接种活性污泥(A-MFC)和反硝化细菌(D-MFC),研究其产电情况和硝酸盐废水去除效果。结果表明,在产电的同时都可有效去除废水中的硝酸盐污染物。在外接电阻100 Ω的情况下,2种MFC均具有良好的产电性能,A-MFC和D-MFC达到的最大输出电压分别为119.6 mV和117.2 mV,最大功率密度分别为23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同时两者在阴极室的平均反硝化速率分别为1.86 mg/(L•d)和2.19 mg/(L•d),阳极室的平均COD去除率分别为81.9%和82.4%。

另外,通过扫描电镜观察可知,A-MFC和D-MFC阴极碳布表面形貌存在差异,并且阳极与阴极碳布表面形貌差异显著。

长期以来，由于人类较为重视经济发展而忽视了环境保护，导致地下水污染问题比较严重，而硝酸盐污染是地下水污染中的一个非常重要的方面。1978年以来对我国50个城市地下水水质的监测表明，已有21个城市的地下水受到不同程度的硝酸盐污染'，而且地下水硝酸盐的污染程度还在不断增加。

地下水硝酸盐的污染修复技术物化方法主要有蒸馏+电渗析+反渗透和离子交换法等，但这些方法实质上是将硝酸盐污染物进行了转移或浓缩，并没有彻底的去除。化学方法需添加额外的物质。生物修复技术是目前使用的较为经济有效的方法。

微生物燃料电池作为一种新型的废水处理方式及生物修复技术引起了人们极大的关注，该方法具有同时去除有机污染物并获得能源输出的优点。在厌/缺氧环境下，硝酸盐可以作为MFC阴极的电子受体，这为MFC技术处理硝酸盐废水提供了理论上的可能性。Park等在一个厌氧污泥接种的生物膜反应器中发现可直接使用电极作年构建了一个阳极以醋酸盐为燃料，阴极以硝酸盐为电子受体的微生物燃料电池，第一次实现了生物同步去除阳极和阴极物质，提出其反硝化速率和产生的电能受到阴极微生物的限制。

Liang等'使用双柱状微生物燃料电池发现阴极室硝酸盐浓度对MFC的产电量无明显影响。Chen等研究了一个污泥接种的双室微生物燃料电池其生物阴极微生物燃料电池中微生物群落的动态变化和电子转移过程，证实微生物的存在显著增强了硝酸盐的还原过程。Puig等双室MFC研究得到硝酸盐和亚硝酸盐能够交替作为阴极细菌的电子受体，且自养反硝化是微生物燃料电池阴极反应的主要机制。。

上述研究表明，阴极微生物是影响微生物燃料电池的产能和反硝化速率的一个重要因素，但从目前MFC的研究中发现阴极接种源多为活性污泥，本实验采用活性污泥及反硝化细菌作为阴极接种源，在2种不同的条件下，研究处理硝酸盐废水的双室MFC性能情况，并对其进行相应的对比与分析。

1材料与方法

1.1实验装置

详情请点击下载附件：双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水