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沉积型微生物燃料电池处理含铜废水及产电性能

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环境工程 2015年第S1期33卷 950-954,957页

作者：陈月美刘维平江苏理工学院环境工程系江苏常州213001

实验构建沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC),以有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以含铜废水为阴极液,探讨SMFC对产电性能及废水处理的影响规律。结果表明:当阴极液Cu SO4浓度为3 000 m... 详细信息

实验构建沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC),以有机废水为阳极底物,以活性污泥中的混合菌为阳极接种微生物,以含铜废水为阴极液,探讨SMFC对产电性能及废水处理的影响规律。结果表明:当阴极液Cu SO4浓度为3 000 mg/L时,SMFC的产电性能最优,功率密度最大为81.7 m W/m2,电流密度最大为980.0 m A/m2,优于浓度为1 000 mg/L和5 000 mg/L时的SMFC的产电性能。SMFC能有效处理有机废水和含铜废水,SMFC对有机废水COD去除率最高可达74.3%;SMFC对Cu2+的去除率最高可达到96.6%。SMFC可回收铜,阴极板上的沉积物经XRD检测,为Cu2O和单质铜的混合物。利用扫描电镜观察其表面形貌主要为片状和树枝状,铜粉的平均粒径为2.1μm。

关键词：沉积型微生物燃料电池含铜废水铜回收产电性能

沉积型微生物燃料电池去除水体污染物及水蚯蚓对其性能的影响研究

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沉积型微生物燃料电池去除水体污染物及水蚯蚓对其性能的影响研究

作者：徐鹏武汉大学

学位级别：硕士

近几十年来,随着河流水体受到的污染越来越严重,逐渐威胁到我们的生活,而底泥作为河流水体中污染物的最大的“汇”,同时也是最大的“源”,其危害巨大,随着国家对生态环境保护的重视,对水体污染的治理,河流水体环境得到改善,但底泥中的... 详细信息

近几十年来,随着河流水体受到的污染越来越严重,逐渐威胁到我们的生活,而底泥作为河流水体中污染物的最大的“汇”,同时也是最大的“源”,其危害巨大,随着国家对生态环境保护的重视,对水体污染的治理,河流水体环境得到改善,但底泥中的大量污染物仍是一个巨大的隐患,目前也有越来越多针对河流底泥污染物的治理措施和治理方法。传统的底泥污染治理方法如:物理方法、化学方法及生物生态方法等虽然有一定的适用性,但其成本较高,考虑到能源危机不断凸显的今天,更加节能、有效、适用的治理方法已成为如今河流底泥治理的热点。沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFC)作为近十几年发展的技术,其利用微生物和电化学系统的作用可以有效地去除底泥中一些污染物,但其应用于实际水体中仍存在一定的困难,大面积应用的条件还不够成熟。本文主要研究电极预处理方法对沉积型微生物燃料电池的影响,将其应用于处理底泥中的重金属Cr,探究广泛存在于自然水体中的水蚯蚓对SMFC在自然水体中应用时的影响,不断加强对它的认识,从而便于将其应用到底泥污染治理中。本文先探讨了不同的预处理方法对沉积型微生物燃料电池启动时间和电化学性能的影响,从中选取合适的电极预处理方法,随后用这种方法处理电极组装SMFC,探究SMFC对底泥中Cr(Ⅵ)的去除效果以及去除机制,最后探究水蚯蚓加入到SMFC阳极后对SMFC的水质、泥质、电化学性能以及阳极微生物群落的影响,最后实验结果表明:(1)相较于未处理、CTAB处理以及热解处理等预处理方式,熔盐处理和盐酸处理使电极材料的表面性质得到改善,熔盐处理不仅为电极材料引入了N元素还将引入的N元素转化为表面的含N官能团,而盐酸处理则为电极材料引入N元素的同时还增大了电极材料的比表面积和孔径。这些表面性质的改善使得熔盐处理和盐酸处理的电极制成SMFC后,其启动时间明显缩短,且阴极经过熔盐处理和盐酸处理的SMFC的最大输出功率密度相较于未处理的SMFC分别提升了25%和11.1%,这对于SMFC的应用来说是十分有利的,但考虑到这两种方法导致的SMFC性能差异较小且盐酸处理简便易行,优先考虑盐酸处理作为电极预处理方法。(2)用盐酸处理的电极编制SMFC,将其置于含有Cr(Ⅵ)的底泥中,运行60天后可以观察到相对于碳毡,比表面积较大的碳刷作为阴极可使得底泥中Cr的去除率升高,且相对于100Ω的外阻,1000Ω的外阻有利于Cr的去除,当阴极为碳刷,外电阻为1000Ω时,底泥中Cr的去除率最高,为27.4%,而当阴极为碳毡,外电阻为100Ω时,底泥中Cr的去除率只有10.5%,但其都大于自然状态下底泥中Cr的去除率。根据SMFC阳极扫描电镜能谱分析和阴极X射线能谱分析的结果可知底泥中Cr的去除主要发生在阴极上,其主要机制为Cr(Ⅵ)在阴极上被还原成Cr(Ⅲ)后形成Cr(Ⅲ)的沉淀而被去除。(3)用盐酸处理的电极编制SMFC,待SMFC启动后,在其阳极区域加入水蚯蚓,水蚯蚓对底泥有机物的摄食作用有助于底泥中有机物的去除,其与SMFC耦合时可去除底泥中28%的有机质,高于SMFC单独作用时18%的去除率以及水蚯蚓单独作用时19%的去除率,但水蚯蚓也会摄食阳极生物膜,抑制一些产电菌如脱硫叶菌属的活性,改变阳极微生物的结构,进而降低阳极电化学性能。同时水蚯蚓在底泥中的生物扰动作用会使得上覆水体中氨氮、COD浓度升高,恶化了上覆水体水质,但水蚯蚓对上覆水体的恶化效果可以被SMFC的净化效果所抵消,SMFC主要是在其阴极上净化水蚯蚓带来的COD和氨氮,这些污染物质可作为阴极微生物的营养物质,从而有利于阴极微生物的生长繁殖,改善阴极电化学性能,总的来说,水蚯蚓的作用使得SMFC的整体电化学性能变好。

关键词：沉积型微生物燃料电池预处理方法电化学性能重金属去除水蚯蚓

阳极添加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池运行特性的影响

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环境工程学报 2015年第12期9卷 6073-6077页

作者：赵亚楠李秀芬任月萍王新华江南大学环境与土木工程学院环境生物技术研究室无锡214122 江苏省厌氧生物技术重点实验室无锡214122 江苏省水处理技术与材料协同创新中心无锡214122

以剩余污泥为底物和接种物,借助电化学交流阻抗等电化学分析方法,研究了阳极投加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC)电能输出及内阻分布的影响。结果表明,500 mg/L铁离子可有效改善SMFC的运行特性,... 详细信息

以剩余污泥为底物和接种物,借助电化学交流阻抗等电化学分析方法,研究了阳极投加三价铁离子对沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cell,SMFC)电能输出及内阻分布的影响。结果表明,500 mg/L铁离子可有效改善SMFC的运行特性,功率密度峰值、底物降解速率和阳极污泥絮体大小分别上升到103.09 m W/m^2、35.68 mg VSS/(m^3/h)和190.33μm。电化学阻抗谱分析表明,阴极欧姆内阻及极化内阻随铁离子浓度增加而降低,阳极内阻则随铁离子浓度增加先降低后增加,当三价铁离子添加浓度为500 mg/L时,阳极欧姆内阻和活化内阻与对照组相比分别下降了45.28%和47.97%。

关键词：沉积型微生物燃料电池电化学阻抗谱三价铁离子污泥絮体大小

沉积型微生物燃料电池对污染底泥中重金属Cr(Ⅵ)去除的研究

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环境保护科学 2022年第4期48卷 89-94页

作者：马彦涛杜征宇王旭黄种买中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071 武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079

文章探究了沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFC)对阳极底泥中Cr(Ⅵ)的去除效果。通过设置对照试验,比较不同阴极材料、不同外接电阻对Cr(Ⅵ)去除的影响,探究底泥中Cr(Ⅵ)的去除机制。结果表明:底泥中Cr的去除主... 详细信息

文章探究了沉积型微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFC)对阳极底泥中Cr(Ⅵ)的去除效果。通过设置对照试验,比较不同阴极材料、不同外接电阻对Cr(Ⅵ)去除的影响,探究底泥中Cr(Ⅵ)的去除机制。结果表明:底泥中Cr的去除主要发生在阴极上,其主要机制为Cr(Ⅵ)从阳极迁移到阴极,并在阴极上作为电子受体被还原成Cr(Ⅲ);当阴极为碳刷,外电阻为1000Ω时,底泥中Cr的去除率最高,为27.4%。当阴极为碳毡,外电阻为100Ω时,底泥中Cr的去除率只有10.5%,但其都大于自然状态下底泥中Cr的去除率;SMFC在阴极去除Cr(Ⅵ)的同时可在阳极去除底泥中的有机质。因此用SMFC来去除Cr等重金属的方法值得进一步研究。

关键词：沉积型微生物燃料电池重金属去除铬(Ⅵ)

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基于pH值调控的沉积型微生物燃料电池(SMFC)运行特性

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环境化学 2011年第6期30卷 1162-1167页

作者：吴瑾妤赵娟李秀芬陈坚江南大学环境生物技术研究室无锡214122 江南大学食品科学与技术国家重点实验室无锡214122

以蓝藻发酵液为处理对象,分别研究两极区pH值对沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial FuelCell,SMFC)运行特性的影响.结果表明,阳极碱性(pH=8.5)阴极酸性(pH=5.5)时,SMFC输出功率最高(83.55 mW·m-2),COD去除率(63%)仅次于阴、阳极... 详细信息

以蓝藻发酵液为处理对象,分别研究两极区pH值对沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial FuelCell,SMFC)运行特性的影响.结果表明,阳极碱性(pH=8.5)阴极酸性(pH=5.5)时,SMFC输出功率最高(83.55 mW·m-2),COD去除率(63%)仅次于阴、阳极中性(阴、阳极pH值均为7)时(48.74 mW·m-2,68%).通过稳态放电法确定阳极碱性阴极酸性条件下最大输出功率达98.94 mW·m-2,极化曲线拟合其内阻为360Ω.此外,从电池电势方面进一步考察SMFC产电特性.研究结果表明可以通过调节阴阳极pH优化SMFC产电性能.

关键词：沉积型微生物燃料电池 pH 蓝藻发酵液

菲对沉积型微生物燃料电池电能输出及污染物去除的影响

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环境化学 2014年第12期33卷 2185-2190页

作者：游晓伟李秀芬华兆哲任月萍王新华江南大学环境与土木工程学院环境生物技术室无锡214122

结合极化曲线和全电池电化学交流阻抗测试,研究了菲对沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)体系电能输出和COD去除率的影响.结果表明,当菲浓度为0、0.5、1.0、5.0、10.0 mg·L-1时,体系输出电压峰值分别为186.1、28... 详细信息

结合极化曲线和全电池电化学交流阻抗测试,研究了菲对沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)体系电能输出和COD去除率的影响.结果表明,当菲浓度为0、0.5、1.0、5.0、10.0 mg·L-1时,体系输出电压峰值分别为186.1、283.4、136.7、112.7、74.7 m V,COD去除率分别为30.8%、39.4%、26.7%、23.5%和22.0%,库伦效率则为5.4%、7.1%、4.1%、2.7%和2.1%.SMFC体系的电能输出、污染物去除和库伦效率随菲浓度升高,先促进后抑制,0.5 mg·L-1菲可促进电能输出.电化学交流阻抗谱测试结果表明,0.5 mg·L-1菲体系的欧姆内阻、活化内阻和浓差极化内阻均最小,分别为20.79Ω、14.94Ω和106.8Ω,其表观内阻主要由扩散或浓差极化内阻构成,其次为欧姆内阻,阳极氧化反应和阴极还原反应的活化内阻所占比例最小.

关键词：菲沉积型微生物燃料电池产电

沉积型微生物燃料电池研究进展及其在底泥修复中的应用

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安徽农业科学 2015年第22期43卷 200-202,205页

作者：徐艳萍黄力华高庆标临沂市环境监测站山东临沂276001 临沂大学生命科学院山东临沂276005 临沂市环境保护科学研究所有限公司山东临沂276001

从电极材料、适用环境及运行优化和污染物去除3个方面,对沉积型微生物燃料电池(SMFC)的研究进行综述,有助于加深对SMFC处理底泥的了解,推动SMFC技术在底泥治理中的实际应用。

关键词：沉积型微生物燃料电池底泥水体修复电子受体

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沉积型微生物燃料电池治理黑臭底泥的研究

山西建筑 2015年第17期41卷 183-185页

作者：吴卓阳范功端林茹晶辛怀佳王爱兵陈舒函潘增志福州大学土木工程学院福建福州350108

叙述了沉积型微生物燃料电池的工作原理,分析了影响有机物降解能力与产电性能的主要影响因素,并阐述了有关反应器结构、阳极和阴极材料及底物传质的研究进展,最后对沉积型微生物燃料电池用于治理内河黑臭底泥进行了展望。

关键词：内河黑臭水体修复底泥治理沉积型微生物燃料电池

可利用蓝藻产电的沉积型微生物燃料电池的构建与启动

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安全与环境学报 2009年第4期9卷 45-47页

作者：陈辉赵娟吴瑾妤李秀芬陈坚江南大学环境生物技术研究室江苏无锡214122 江南大学工业生物技术教育部蓖点实验宅江苏无锡214122 江南大学食品科学与技术国家重点实验室江苏无锡214122

沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种新型无膜微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。本文以产电功率为评价指标,通过研究接种污泥来源、添加甲烷菌抑制剂——氯仿的体积分数和阳极外径尺寸对系统产电... 详细信息

沉积型微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell,SMFC)是一种新型无膜微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)。本文以产电功率为评价指标,通过研究接种污泥来源、添加甲烷菌抑制剂——氯仿的体积分数和阳极外径尺寸对系统产电的影响,构建并启动了可将有机污染物转化为电能的SMFC体系;同时探讨了所构建SMFC利用蓝藻产电的可行性。结果表明,以厌氧颗粒污泥为接种污泥,添加产甲烷菌抑制剂——氯仿体积分数为3%,阳极外径为80 mm的条件下,驯化挂膜45 d后,SMFC的产电效率趋于稳定,外电阻1 000 Ω时,最大功率密度为14.1 mW/m^2。在所构建SMFC阳极污泥中投加太湖蓝藻代替葡萄糖作为利用的底物,当蓝藻投加量为100 g时,最大功率密度为5.7 mW/m^2,该蓝藻资源化新技术具有较大的研究价值和应用空间。

关键词：环境工程沉积型微生物燃料电池蓝藻