微波污泥上清液为燃料的微生物燃料电池内阻分布

《微波污泥上清液为燃料的微生物燃料电池内阻分布》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微波污泥上清液为燃料的微生物燃料电池内阻分布    刘志华1，2，3李小明1，3，4*方 丽5郑 峣1，3杨 麒1，3    ( 1． 湖南大学环境科学与工程学院，长沙 410082; 2． 长沙理工大学化学与生物工程学院，长沙 410114;3． 环境生物与控制教育部重点实验室( 湖南大学) ，长沙 410082; 4． 广西大学环境学院，南宁 530004;5． 长沙环境保护职业技术学院环境工程系，长沙 410082)    摘 要 实验采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池( MFC) ，考察了微波污泥上清液为燃料的 MFC( MSMFC) 的内阻组成。研究表明，

2、当未投加氯化钠时，MSMFC 内阻为 486． 13 Ω。当投加 100 mmol/L 的氯化钠时，内阻迅速下降为207． 18 Ω。而投加量进一步增加时，内阻变化不明显。当阳极面积从 4 cm2增加到 8 cm2时，MSMFC 内阻从 387． 34 Ω 迅速下降到 293． 96 Ω。而当阳极面积增加到 24 cm2时，MSMFC 内阻变化不明显。但当阳极面积增加到 60 cm2时，MSMFC内阻下降了 38． 4%。当阴极面积从 24． 87 cm2增加到 49． 74 cm2时，MSMFC 内阻减少了 40． 4% ( 从 545． 72 Ω 减少到220．

3、 56 Ω) 。MSMFC 中阳极内阻占主要部分，其次为阴极内阻，电解液电阻最小。随着阴阳极面积比的增加，阴阳极电阻比例减少，说明控制阴阳极面积比可以调整系统内阻的分配。    关键词 微生物燃料电池 污泥 内阻 微波    中图分类号 X172   文献标识码 A   文章编号 1673-9108( 2011) 12-2885-05    微生物燃料电池( microbial fuel cell，MFC) 是一种利用附着在阳极电极表面微生物的代谢过程，将蕴含在有机物中的化学能一部分用以支持微生物生长，一部分转化成电能的装置［1-3］。对于有机废水处理来说，无论是对

4、于成分较为单一的生活污水［4］、浓度较高的有机废水( 如淀粉废水［5］、屠宰废水［6］、啤酒废水［7］) 、还是难降解的有机废水( 如造纸废水［8］、垃圾渗滤液［9］) 均在获得电能的同时实现了废水的同步处理。    采用剩余污泥为燃料，通过 MFC 技术实现在污泥厌氧消化处理的同时实现电能回收，将成为一种新颖的剩余污泥处理技术［10，11］。剩余活性污泥主要由悬浮的污泥絮体构成，而絮体是由大量的分散微生物细菌通过胞外聚合物( EPS) 、阳离子和其他细颗粒架桥而组成［12］。污泥微生物细胞胞壁由肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等构成，细胞内原生质体中含蛋白质、多糖、脂类、D

5、NA、核糖核酸( RNA) 等有机物与无机盐［13］。微波是一种新型的污泥水解方式［14，15］，可使分子间摩擦产生热能，温度升高，从而使细菌细胞在短时间内破裂，释放出胞内物质。乔玮等［16］研究城市污水污泥微波热水解特性时发现，微波加热使污泥水解反应快速发生，SCOD 和 VSS溶解率迅速上升，同时污泥的脱水性能也获得了改善。方丽等［17］研究微波污泥上清液为燃料 MFC( MSMFC) 产电特性，研究发现，在微波时间为300 s，微波功率为 720 W 时，最大功率密度为 210．07 mW / m2，库仑效率为 83． 3%。并对影响因子进行了分析研究［18］

6、。内阻是决定 MFC 功率输出和应用的主要指标。根据内阻极化曲线，其主要是由活化内阻、欧姆内阻和扩散内阻组成。但 MFC 运行过程中其主要是以欧姆内阻为主，且主要包括阳极电阻、阴 极 电 阻、电 解 液 电 阻 和 膜 电 阻 ( 如 果 存在)［19］。但目前对 MSMFC 内阻组成仍未有研究。因此，为了分析 MSMFC 内阻组成情况，结合本实验装置的特点( 单室无膜 MFC) ，实验分析氯化钠投加量、阳极面积和阴极面积对系统内阻的影响，并分析了 3 种因素作用下 MSMFC 内阻的分配情况，以期为 MSMFC 实际应用提供参考。    1 材料与方法    1．

7、 1 MFC 实验装置    实验采用单室无膜悬浮阴极 MFC［10，11，17］。反应器为圆柱形玻璃容器( 总容积300 mL，有效容积250mL) ，阳极沉积在容器的底部，采用石墨片( 表面积12 cm2，不含催化剂，特别说明的除外) 。阴极悬浮在容器的顶部，采用石墨棒( 表面积 24． 87 cm2，不含催化剂，特别说明的除外) ，采用泡沫塑料使其悬浮，并使 1/2 的体积沉浸在水中。阴阳极间( 距离 5cm) 采用铜线连接 500 Ω 的外阻。为了保证系统中物质良好的传递，系统采用恒温磁力搅拌器搅拌，投加氯化钠( 100 mmol/L，特别说明的除外)