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1、微波污泥上清液為燃料的微生物燃料電池內(nèi)阻分布????劉志華1，2，3李小明1，3，4*方?麗5鄭?峣1，3楊?麒1，3????(?1．?湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，長沙?410082;?2．?長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，長沙?410114;3．?環(huán)境生物與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(?湖南大學(xué))?，長沙?410082;?4．?廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南寧?530004;5．?長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境工程系，長沙?410082)????摘?要?實(shí)驗(yàn)采用單室無膜懸浮陰極微生物燃料電池(?MFC)?，考察了微波污泥上清液為燃料的?MFC(?MSMFC)?的內(nèi)阻組成。研究表明，
2、當(dāng)未投加氯化鈉時(shí)，MSMFC?內(nèi)阻為?486．?13?Ω。當(dāng)投加?100?mmol/L?的氯化鈉時(shí)，內(nèi)阻迅速下降為207．?18?Ω。而投加量進(jìn)一步增加時(shí)，內(nèi)阻變化不明顯。當(dāng)陽極面積從?4?cm2增加到?8?cm2時(shí)，MSMFC?內(nèi)阻從?387．?34?Ω?迅速下降到?293．?96?Ω。而當(dāng)陽極面積增加到?24?cm2時(shí)，MSMFC?內(nèi)阻變化不明顯。但當(dāng)陽極面積增加到?60?cm2時(shí)，MSMFC內(nèi)阻下降了?38．?4%。當(dāng)陰極面積從?24．?87?cm2增加到?49．?74?cm2時(shí)，MSMFC?內(nèi)阻減少了?40．?4%?(?從?545．?72?Ω?減少到220．
3、?56?Ω)?。MSMFC?中陽極內(nèi)阻占主要部分，其次為陰極內(nèi)阻，電解液電阻最小。隨著陰陽極面積比的增加，陰陽極電阻比例減少，說明控制陰陽極面積比可以調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)阻的分配。????關(guān)鍵詞?微生物燃料電池?污泥?內(nèi)阻?微波????中圖分類號(hào)?X172???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A???文章編號(hào)?1673-9108(?2011)?12-2885-05????微生物燃料電池(?microbial?fuel?cell，MFC)?是一種利用附著在陽極電極表面微生物的代謝過程，將蘊(yùn)含在有機(jī)物中的化學(xué)能一部分用以支持微生物生長，一部分轉(zhuǎn)化成電能的裝置［1-3］。對(duì)于有機(jī)廢水處理來說，無論是對(duì)
4、于成分較為單一的生活污水［4］、濃度較高的有機(jī)廢水(?如淀粉廢水［5］、屠宰廢水［6］、啤酒廢水［7］)?、還是難降解的有機(jī)廢水(?如造紙廢水［8］、垃圾滲濾液［9］)?均在獲得電能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢水的同步處理。????采用剩余污泥為燃料，通過?MFC?技術(shù)實(shí)現(xiàn)在污泥厭氧消化處理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能回收，將成為一種新穎的剩余污泥處理技術(shù)［10，11］。剩余活性污泥主要由懸浮的污泥絮體構(gòu)成，而絮體是由大量的分散微生物細(xì)菌通過胞外聚合物(?EPS)?、陽離子和其他細(xì)顆粒架橋而組成［12］。污泥微生物細(xì)胞胞壁由肽聚糖、磷壁酸、脂多糖等構(gòu)成，細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體中含蛋白質(zhì)、多糖、脂類、D
5、NA、核糖核酸(?RNA)?等有機(jī)物與無機(jī)鹽［13］。微波是一種新型的污泥水解方式［14，15］，可使分子間摩擦產(chǎn)生熱能，溫度升高，從而使細(xì)菌細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)破裂，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)。喬瑋等［16］研究城市污水污泥微波熱水解特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，微波加熱使污泥水解反應(yīng)快速發(fā)生，SCOD?和?VSS溶解率迅速上升，同時(shí)污泥的脫水性能也獲得了改善。方麗等［17］研究微波污泥上清液為燃料?MFC(?MSMFC)?產(chǎn)電特性，研究發(fā)現(xiàn)，在微波時(shí)間為300?s，微波功率為?720?W?時(shí)，最大功率密度為?210．07?mW?/?m2，庫侖效率為?83．?3%。并對(duì)影響因子進(jìn)行了分析研究［18］
6、。內(nèi)阻是決定?MFC?功率輸出和應(yīng)用的主要指標(biāo)。根據(jù)內(nèi)阻極化曲線，其主要是由活化內(nèi)阻、歐姆內(nèi)阻和擴(kuò)散內(nèi)阻組成。但?MFC?運(yùn)行過程中其主要是以歐姆內(nèi)阻為主，且主要包括陽極電阻、陰?極?電?阻、電?解?液?電?阻?和?膜?電?阻?(?如?果?存在)［19］。但目前對(duì)?MSMFC?內(nèi)阻組成仍未有研究。因此，為了分析?MSMFC?內(nèi)阻組成情況，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)(?單室無膜?MFC)?，實(shí)驗(yàn)分析氯化鈉投加量、陽極面積和陰極面積對(duì)系統(tǒng)內(nèi)阻的影響，并分析了?3?種因素作用下?MSMFC?內(nèi)阻的分配情況，以期為?MSMFC?實(shí)際應(yīng)用提供參考。????1?材料與方法????1．
7、?1?MFC?實(shí)驗(yàn)裝置????實(shí)驗(yàn)采用單室無膜懸浮陰極?MFC［10，11，17］。反應(yīng)器為圓柱形玻璃容器(?總?cè)莘e300?mL，有效容積250mL)?，陽極沉積在容器的底部，采用石墨片(?表面積12?cm2，不含催化劑，特別說明的除外)?。陰極懸浮在容器的頂部，采用石墨棒(?表面積?24．?87?cm2，不含催化劑，特別說明的除外)?，采用泡沫塑料使其懸浮，并使?1/2?的體積沉浸在水中。陰陽極間(?距離?5cm)?采用銅線連接?500?Ω?的外阻。為了保證系統(tǒng)中物質(zhì)良好的傳遞，系統(tǒng)采用恒溫磁力攪拌器攪拌，投加氯化鈉(?100?mmol/L，特別說明的除外)?
