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三种挺水植物对CW-MFC耦合系统脱氮及产电性能的影响

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水生生物学报 2023年第7期47卷 1148-1156页

作者：许丹黄铭意韩胡威欧阳言荣郭亚丹肖恩荣吴振斌东华理工大学水资源与环境工程学院南昌330013 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室武汉430072

为探究不同植物类型对人工湿地微生物燃料电池系统(CW-MFC)耦合系统脱氮和产电性能的影响及机制,分别以芦苇(reed)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)构建3组CW-MFC小试系统,依次标记为CM-R、CM-L及CM-C。结果显示:(1)C... 详细信息

为探究不同植物类型对人工湿地微生物燃料电池系统(CW-MFC)耦合系统脱氮和产电性能的影响及机制,分别以芦苇(reed)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)构建3组CW-MFC小试系统,依次标记为CM-R、CM-L及CM-C。结果显示:(1)CW-MFC耦合系统的输出电压和功率密度呈现CM-L>CMC>CM-R;(2)CM-R耦合系统的NH_(4)^(+)-N和TN去除率[(76.8±9.9)%;(54.2±8.2)%]显著高于CM-L[(61.2±8.0)%;(43.1±6.5)%]高于CM-C[(58.9±9.5)%;(42.0±9.8)%],PCM-C>CM-L,并且千屈菜(CM-L)的叶片中MDA含量最高,代表其受损害程度可能较高;(4)地杆菌属(Geobacter)作为典型的产电菌属,在3个耦合系统中均具有较高丰度(4.45%—7.64%),并且其相对丰度大小与输出电压和功率密度大小变化趋势一致,此外,CM-R中不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium)的相对丰度分别为21.10%和14.37%,显著高于其他两个系统(CM-L:0.33%和0.10%;CM-C:0.75%和0.07%),是CM-R中主要的脱氮菌属;(5)结合FAPROTAX预测结果可知,共检测出包括化能异养、好氧化能异养、铁呼吸、硝酸盐还原和氮呼吸等在内的47组功能群组,同时结果还表明CM-R耦合系统的功能群组与其他两个系统差异较大,其中化能异氧和好氧化能异养功能群组在CM-R中占比较高。该结果有助于加强植物对人工湿地微生物燃料电池耦合系统产电和脱氮性能影响的认识。

关键词：植物人工湿地微生物燃料电池脱氮产电

微生物燃料电池处理偶氮含盐废水的产电性能和降解过程

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化工进展 2022年第6期41卷 3306-3313页

作者：潘文政纪志永汪婧李淑明黄智辉郭小甫刘杰赵颖颖袁俊生河北工业大学化工学院天津300130 河北工业大学海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心天津300130 河北省现代海洋化工技术协同创新中心天津300130

偶氮含盐废水生化处理流程复杂、电耗高,且降解机理尚不明确。本研究基于酸性重铬酸钾法水热处理获取改性阳极,进而构建微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)对偶氮含盐废水进行处理。考察了不同二价阴离子对MFC产电性能和降解有机... 详细信息

偶氮含盐废水生化处理流程复杂、电耗高,且降解机理尚不明确。本研究基于酸性重铬酸钾法水热处理获取改性阳极,进而构建微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)对偶氮含盐废水进行处理。考察了不同二价阴离子对MFC产电性能和降解有机物效果的影响,并探究了MFC对直接红13的降解机理。结果表明,偶氮含盐废水中含有硫酸钠时的产电性能高于含有碳酸钠的情况,MFC最大功率密度为265.38mW/m^(2)、最大电流密度为1.10A/m^(2);MFC处理偶氮含盐废水时,对直接红13的去除率低于无额外添加盐时的效果(71.13%),对葡萄糖共基质的降解影响程度为:添加硫酸钠>添加碳酸钠>无额外添加盐。微生物群落和降解产物分析表明,MFC阳极生物膜通过变形菌门、拟杆菌门等微生物的协同作用实现了对直接红13的生物电化学降解,产电下降解产物以还原产物芳香胺为主。

关键词：偶氮含盐废水微生物燃料电池电化学微生物群落产电降解

电活性生物膜阳极构建及其对2,4,6-三氯酚同步降解和产电

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环境科学学报 2022年第6期42卷 52-62页

作者：关久念王威威袁媛马开元夏菲菲张顺清李露鲁楠东北师范大学环境学院长春130117

为实现氯酚(CPs)的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池(MFC)体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜(SEM)、16S rRNA分析测序方... 详细信息

为实现氯酚(CPs)的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池(MFC)体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜(SEM)、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m^(-2),对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物(环己醇),其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.

关键词：微生物燃料电池生物膜电极优势功能菌氯酚降解产电

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生态型微生物燃料电池同步脱氮产电效能

环境工程 2023年第12期41卷 116-122,149页

作者：刘慎坦王祚西安科技大学地质与环境学院西安710054 隆德大学工程学院瑞典隆德SE-22100

生态型微生物燃料电池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1种将微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与水生动植物结合在一起的新型废水处理技术。为研究E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物之间的共生协同作用,设置了沉积物MFC(... 详细信息

生态型微生物燃料电池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1种将微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与水生动植物结合在一起的新型废水处理技术。为研究E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物之间的共生协同作用,设置了沉积物MFC(sediment-microbial fuel cell,S-MFC)、湿地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell,WP-MFC,种植水生植物)和生态型MFC(E-MFC,引入水生植物和底栖动物)3种反应装置,分别测试了其产电能力和脱氮效果,考察了水力停留时间(HRT)和阴极曝气流量对E-MFC脱氮产电效能的影响,并探讨了脱氮机理。结果表明:EMFC脱氮产电性能均优于其他2种。在处理相同量的有机废水时,E-MFC的最大产电功率密度比S-MFC和WP-MFC分别高129.4%和47.2%,NH+4-N去除率分别高37.6百分点和11.2百分点,E-MFC的NO-3-N去除率可达96%以上。进一步研究表明,当HRT为72 h,进水流量为0.50 L/d时,E-MFC获得最高产电电压为463 mV,此时输出功率密度为27.31 mW/m^(2)。当曝气流量为60 L/h时,E-MFC的最大输出功率密度可达38.12 mW/m^(2)。E-MFC中水生动物扰动等活动增强了氧传质、有机质分解和养分循环,为植物生长提供了充足的营养物质,同时植物根系泌氧也为根际微生物的生长和代谢维持了良好的环境条件。E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物形成了一种相互促进、协同作用的关系,从而强化了水体中氮的去除。E-MFC作为可回收电能的新型生态修复技术,在污水处理领域具有良好的发展前景。

关键词：生态型微生物燃料电池脱氮产电人工湿地水力停留时间

FeS_(2)强化微生物燃料电池阳极反硝化脱氮与产电特性

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环境工程技术学报 2023年第6期13卷 2105-2116页

作者：葛丹丹吴兵党杨晶晶许晓毅吴玮黄天寅苏州科技大学环境科学与工程学院苏州市海绵城市技术重点实验室

针对不同碳氮比(C/N)的含氮废水,将FeS_(2)引入微生物燃料电池(MFC)阳极构建FeS_(2)强化的微生物燃料电池(PyrMFC)体系,以不加FeS_(2)的空白对照组(C-MFC)为对照,探究其对体系脱氮与产电的影响;采用高通量测序、X射线光电子能谱和扫描... 详细信息

针对不同碳氮比(C/N)的含氮废水,将FeS_(2)引入微生物燃料电池(MFC)阳极构建FeS_(2)强化的微生物燃料电池(PyrMFC)体系,以不加FeS_(2)的空白对照组(C-MFC)为对照,探究其对体系脱氮与产电的影响;采用高通量测序、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜探究该体系中微生物丰度、硫和铁元素变化规律,解析FeS_(2)强化体系低C/N下的脱氮机理。结果表明:1)Pyr-MFC的反硝化脱氮效率和产电功率密度均高于C-MFC,硝态氮去除率提高近15.7%,最高电压提高量可达0.274 V。2)C/N分别为4、3、2和1时Pyr-MFC对NO3-N的去除率为100%、97.8%、58.4%和49.7%,均高于C-MFC,表明FeS_(2)有效降低体系对碳源的依赖。3)微生物群落检测结果表明,FeS_(2)将产电微生物(Thauera、Thiobacillus和Geobacter)的物种丰度提高9.43%。4)物质转移分析结果表明,S-为反硝化过程提供电子,Fe^(2+)作为电子穿梭体强化了电子传递,提高了体系的产电性能。

关键词：微生物燃料电池(MFC) FeS_(2) 强化反硝化脱氮产电

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

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环境科学 2017年第5期38卷 1904-1910页

作者：李薛晓程思超方舟李先宁东南大学能源与环境学院南京210096

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高... 详细信息

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm^2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.

关键词：人工湿地型微生物燃料电池 X-3B 脱色产电湿地基质阴极面积

中心脉冲气-液-固循环流化床微生物燃料电池产电特性研究

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化工学报 2024年

作者：朱楼宋杨凡王猛施睿鹏厉彦民陈鸿伟刘卓魏翔华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室

为进一步提升微生物燃料电池(MFC)的电化学性能，设计并搭建了一个中心脉冲气液固循环流化床微生物燃料电池(CPCFB-MFC)。通过设计多组实验工况研究了脉冲液流频率、幅值，颗粒循环速率及气体流量对CPCFB-MFC产电及污水处理特性的影响... 详细信息

为进一步提升微生物燃料电池(MFC)的电化学性能，设计并搭建了一个中心脉冲气液固循环流化床微生物燃料电池(CPCFB-MFC)。通过设计多组实验工况研究了脉冲液流频率、幅值，颗粒循环速率及气体流量对CPCFB-MFC产电及污水处理特性的影响。在中心液流脉冲频率为0.25 Hz、脉冲幅值为0.08 m/s、颗粒循环速率为3.3 kg/(m2·s) 、气体流量为2 L/min条件下，CPCFB-MFC的输出电压达到最高，为649.2 mV，此时污水处理时间最短，为77 h。通过对比不同工况的污水处理效率和综合能耗，证明了在反应器内采用脉冲液流和气-液-固循环运行方式能进一步提升MFC的综合性能。这项工作对推动微生物燃料电池技术的产业化具有重要意义。

关键词：微生物燃料电池循环流化床脉冲液流产电污水处理活性炭

铁锰复合阴极MFC-EF耦合系统产电及降解RhB效能

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哈尔滨工业大学学报 2020年第2期52卷 129-137页

作者：史珂赵庆良王维业王琨城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150090

为实现微生物燃料电池(MFC)微电的原位利用,结合电芬顿(EF)技术的优势,构建MFC-EF耦合系统.为进一步提高该耦合系统性能,在Fenton催化剂铁的基础上引入类芬顿(Fenton-like)催化剂锰,制备出铁锰双金属复合阴极(FeMnO x/CF复合电极,其中C... 详细信息

为实现微生物燃料电池(MFC)微电的原位利用,结合电芬顿(EF)技术的优势,构建MFC-EF耦合系统.为进一步提高该耦合系统性能,在Fenton催化剂铁的基础上引入类芬顿(Fenton-like)催化剂锰,制备出铁锰双金属复合阴极(FeMnO x/CF复合电极,其中CF指碳纤维刷),并与碳纤维(CF)无负载电极、Fe&Fe 2 O 3/CF复合电极对比,探究MFC-EF耦合系统的电化学性能及其对目标污染物罗丹明B(RhB)的降解效果.结果表明,铁锰复合电极成功负载了Fe和Mn的二元金属氧化物,提高了耦合系统的最大输出功率(5.47 W/m 3),降低了电池的内阻(109.00Ω),提高了RhB的去除率(91.60%)和矿化率(30.84%).此外,FeMnO x/CF复合电极摆脱了常规Fenton体系对阴极液pH的严格限制,扩大了MFC-EF耦合系统的阴极液pH范围.本研究实现了污染物处理过程中的资源再生和利用,有望为实际染料废水处理提供新的思路.

关键词： MFC-EF耦合系统铁锰复合阴极类电芬顿产电罗丹明B(RhB)

微生物燃料电池处理奶牛场污水运行效果与产电性能试验研究

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中国农业科技导报 2022年第4期24卷 134-143页

作者：刘璐陶秀萍宋建超尚斌徐文倩董红敏蔡阳扬中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081 中国农业科学院都市农业研究所成都610000

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)应用于奶牛场污水处理技术的可行性,通过构建双室型和单室型MFC反应装置,以奶牛场污水为阳极反应液,对MFC的产电性能以及污水中主要污染物的降解效果进行研究。结果表明,单室型和双室型MF... 详细信息

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)应用于奶牛场污水处理技术的可行性,通过构建双室型和单室型MFC反应装置,以奶牛场污水为阳极反应液,对MFC的产电性能以及污水中主要污染物的降解效果进行研究。结果表明,单室型和双室型MFC均可稳定地产电运行,平均日最大输出电压分别为563.8和390.8 mV,最大功率密度分别为48.5和21.7 mW·m^(−2),表观内阻分别为346.4和489.5Ω,且单室型MFC产电性能优于双室型;单室型和双室型MFC对奶牛场污水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的平均去除率分别为79.3%和77.4%;单室型MFC对总磷(total phosphorus,TP)、总氮(total nitrogen,TN)和氨氮(ammonia nitrogen,NH_(4)^(+)-N)的平均去除率分别为70.9%、65.4%和78.9%,分别比双室型MFC相应去除率高101.4%、24.3%和21.0%,单室型MFC对污染物去除率优于双室型MFC。MFC作为一种污水处理新方法,用于奶牛场污水处理具有技术可行性,其在降解奶牛场污水中有机物和氮磷污染物的同时能够产生电能,在实现节能减排、碳达峰和碳中和方面具有广阔前景。

关键词：微生物燃料电池产电降解奶牛场污水有机物