污泥水解液基質(zhì)微生物燃料電池的研究.pdf

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1、第l9卷第4期電化學Vo1．19NO．42013年8月JOURNALOFELECTROCHEMISTRYAug．2013文章編號：1006-3471(2013)04—0332-04污泥水解液基質(zhì)微生物燃料電池的研究梁鵬，郭超，黃霞(清華大學環(huán)境學院，北京100084)摘要：研究不同污泥熱水解時間下水解液特性及其對微生物燃料電池(MFC)產(chǎn)電的影響．水解時間由2h增至96h，水解液pH值基本穩(wěn)定于7．4～8．0；水解時間增加，其電導率逐漸提高至2．53mS·cm～，化學需氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)濃度和堿度也不斷增

2、加．水解液的緩沖能力不斷得到提高．MFC最大功率密度達到25W·m～，COD去除率呈現(xiàn)先增后降的趨勢，水解6h時達到最大(47％)，庫侖效率在預水解4h時達到最高(71％)．陽極室pH值下降可歸因于NH4~、Na、Ca、M等陽離子遷移，其中NH4+的遷移量最大．關(guān)鍵詞：污水處理；微生物燃料電池；污泥中圖分類號：0646文獻標識碼：A微生物燃料電池(MicrobialFuelCell，MFC)是泥混合液進行4d熱預處理(55。C恒溫攪拌)，再一種新型污水處理技術(shù)．能在處理污水的同時產(chǎn)生電離心、過濾(0．45Ixm膜)，得到溶解態(tài)污泥水解液，能．

3、近年發(fā)展極為迅速，已引起人們的廣泛關(guān)注．作為陽極基質(zhì)．將100mol-L-鐵氰化鉀溶解于傳統(tǒng)污水生物處理產(chǎn)生大量的剩余污泥，其含有大50mol·L磷酸鹽緩沖溶液，作為陰極液．MFC裝量的有機物?？勺鳛镸FC基質(zhì)同．相對于生活污水，置采用間歇運行。沒有特殊說明時外電阻設(shè)定于污泥水解液具有COD濃度高、離子強度高和緩沖250n．當電路電流降至0．2mA時1個周期試驗結(jié)能力強等優(yōu)點．然而和實驗室小試所使用的乙酸鈉束，更換污泥水解液，同時完全更換鐵氰化鉀溶液．或葡萄糖配水相比，污泥水解液成分更為復雜，可輸出電壓由信號采集系統(tǒng)(DAQ2213)自動記錄

4、存能對MFC產(chǎn)電能力(如產(chǎn)電功率密度、庫侖效率和儲．穩(wěn)定性等)產(chǎn)生影響，需深入進行系統(tǒng)探討[6-7]．本文擬將污泥熱處理后的污泥水解液作為MFC的基質(zhì)。探討不同污泥水解預處理時間下水解液特性及其對MFC產(chǎn)電性能的影響，并解析污泥水解液產(chǎn)電過程中陽極pH值迅速下降的原因．1實驗1．1試劑與儀器兩室型MFC如圖1所示．陽極室和陰極室的大小相同(有效體積為32mL)，由有機玻璃制成，陽極材料為碳刷(直徑2．5cm，長度為3cm)，陰極為柔性石墨(厚度為0．5cm，三業(yè)碳素，有效面積為圖1試驗裝置示意圖9cm)，陽極室中插入飽和甘汞電極(SCE)作為

5、參Fig．1SchemeofMFC比電極．分隔材料為陽離子交換膜(UltrexCMI7000MembranesInternationalInc．USA．有效1．2測試方法面積為9cm)．為排除懸浮固體物質(zhì)的干擾．將污溶液pH值由pH計(ORIONDUALSTAR，收稿日期：2012—12—25，修訂日期：2013—01—30通訊作者，Tel：(86·10)62772324，E—mail：xhuang@tsinghua．edu．ca清華大學自主科研計劃項目(No．20101081834，No．20121087920)資助第4期梁鵬等：污泥水解液

6、基質(zhì)微生物燃料電池的研究ThermoScientific，USA)直接讀?。潆妼视秒娺@說明在水解過程中大量的無機離子也被釋放至勰導率儀(SG3)直接讀?。瓹OD的測定采用重鉻酸液相中．∞鉀法[8]．氨氮的測定采用水楊酸一次氯酸鹽光度法_8_．不同水解時間的污泥水解液堿度和pH值如圖3堿度的測定采用酸滴定法，以3mol·L。的HC1溶所示，水解液的堿度也隨之不斷提高，2h時的堿度液作為標準酸溶液閻．陽極溶液中鉀、鈉、鈣、鎂離為290mgCaCO3·L-l,4h時升至435mgCaCO3·L。。，子的濃度使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀最后保持

7、在800mgCaCO3,L～．結(jié)果表明，預水解(ThermoIRIS，Thern1oScientificUSA)測定．運用時間增加，污泥中大量的有機物被釋放出來．同時恒電位儀線性掃描法(LinearSweepVoltammetry)釋放許多無機離子和酸堿對，使水解液的緩沖能力測定MFC的總內(nèi)阻以及陰、陽極內(nèi)阻．利用電流不斷提高．而污泥水解液的pH值仍保持于7．4～中斷法測定內(nèi)阻分布[9]．庫侖效率(CoulombicEfi—8．0，其幅度變化較小，可視為穩(wěn)定．ciency，CE)據(jù)公式(1)計算㈣．414∑12CEl00％面i面=1一(1)1

8、08式中，為t時刻MFC輸出電壓，尺為外電士6阻，F(xiàn)為法拉第常數(shù)(96485C·mol。)．b為1mol一．_I_昱gIuII8lI《4COD產(chǎn)出的電子摩爾數(shù)(4)