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微生物燃料电池(Microbialfuelcell,MFC)能够在有效处理废水的同时实现产能,极有可能改变目前污水处理的高能耗状态,因此近年来受到广泛关注。
以陈藻池上清液(COD浓度为300mg/L)为基质启动大通道MFC(质子交换膜面积为150cm2)和小通道MFC(质子交换膜面积为77.64cm2)。以外电阻为1000Ω间歇运行,大通道MFC和小通道MFC的最高输出电压分别为0.358V和0.327V,产电周期达15天。在启动阶段的第二、三周期,MFC库仑效率分别为2.8%、3.3%(大通道)和3.5%、3.4%(小通道),库仑效率较低。在低外电阻(10Ω)下库仑效率分别可达20.4%(大通道)和10.4%(小通道),这是由外电阻较低情况下阳极产电微生物活性提高所致。运行过程中开路电压稳定在0.6V左右,阳极液氧化还原电位为-450mV,阳极电极电势为-300mV,阴极电极电势为200mV。
更换阳极基质为蓝藻腐熟液,输出电压很快上升并稳定在0.6V左右,维持15天。当COD降解速率高于7mg/(L(·)d)时,产电菌可获得足够基质用于产电,输出电压稳定在最高水平。阳极基质初始pH值影响电池产电和蓝藻腐熟液处理效果,当阳极液pH=8时,产电性能最好,最大功率为3.83mW/m2,COD去除率为89.2%。当日均温较低为6℃时,产电菌也能有效产电,从能量回收的角度考虑,可在较低的温度下运行MFC。
双室微生物燃料电池在控制阴极溶解氧浓度条件下可实现同步硝化反硝化脱氮。在闭路情况下,阴极氨氮去除率为86.6%,比开路时提高47.7%。硝酸盐氮浓度由64.5mg/L下降为5.3mg/L,去除率为91.8%,亚硝酸盐氮不超过0.7mg/L。生物阴极实现反硝化所需电子只有1%是由阳极经外电路提供,剩下部分来自阴极液中的碳源。阴极液DO浓度为5.5mg/L时的脱氮效果明显低于4.5mg/L的情况,控制阴极DO值是实现同步硝化反硝化的必要条件。
微生物燃料电池能够在有效处理蓝藻的同时进行产电,并在控制阴极室DO浓度的条件下实现同步硝化反硝化脱氮。