利用污泥水解液作为微生物燃料电池基质的研究.docVIP

 n 利用污泥水解液作为微生物燃料电池基质 的研究# 梁鹏，郭超，黄霞* 5 10 （清华大学环境学院，北京 100084） 摘要：本文研究不同污泥热水解时间下水解液特性及其对微生物燃料电池产电的影响。当水 解时间在 2 h~96 h 变化时，水解液 pH 基本稳定在 7.4~8.0；随着水解处理的时间增加，电导 率逐渐提高至 2.53 mS/cm，COD 浓度和碱度也不断增加，水解液的缓冲能力不断得到提高。 MFC 最大功率密度达到 25 W/m3，内阻降低；COD 去除率呈现先增加后降低的趋势，在预 处理 6 h 时达到最大，为 47%；库仑效率在预处理 4 h 时达到最高，为 71%。阳极室 pH 下 降是由于 NH4+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子迁移引起，其中 NH4+的迁移量最大。 关键词：污水处理；微生物燃料电池；污泥 中图分类号：X52 15 Using sludge hydrolysis as the substrate of microbial fuel cell LIANG Peng, GUO Chao, HUANG Xia (School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084) Abstract: In this paper, sludge hydrolysis was used as the substrate of microbial fuel cell. When 20 25 30 35 the thermal treatment time increased from 2 h to 96 h, pH was kept from 7.4 to 8.0. When the treatment time increased, the conductivity increaed to 2.53 mS/cm, as well as the COD and alkaline condition. Meanwhile, the power density increased to 25 W/m3 and the COD removal increased firstly and then decreased. The coulombic efficiency was 71% when the treatment time was 4 h. The cations, including ammonium, sodium and potassium, transport from anode chamber to cathode chamber would affect the pH in anode chamber, among which the ammonium mobility affected most. Key words: wastewater treatment; microbial fuel cell; sewage sludge 0 引言 微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是近年来迅速发展起来的一种新型污水处 理技术，它能够在处理污水的同时产生电能，因此受到人们的广泛关注[1-4]。常见污水生物 处理会产生大量剩余污泥，剩余污泥中含有大量的有机物，可作为 MFC 基质[5]。相对于生 活污水，污泥水解液具有 COD 浓度高、离子强度高、缓冲能力强等优点，然而，和实验室 小试使用的乙酸钠或葡萄糖配水相比，污泥水解液成分较为复杂，可能对 MFC 产电能力（产 电功率密度、库仑效率和稳定性等）产生影响，需对其进行系统考察[6-8]。 因此，本论文污泥热处理后的污泥水解液作为 MFC 的基质，考察不同水解时间下水解 液特性对 MFC 产电性能的影响，同时对污泥水解液产电过程中阳极 pH 迅速下降的机理进 行解析。 1 试验装置 40  1.1  微生物燃料电池 本实验采用的两室型 MFC 如图 1 所示。阳极室和阴极室由有机玻璃制成，大小相同， 基金项目：教育部博士点新教师基金（200800031080） 作者简介：梁鹏（1976-），男，副教授，主要研究方向为污水处理与资源化. E-mail: liangpeng@tsinghua.edu.cn -1-  n 有效体积为 32 mL，正上方各有一直径 2 cm 的孔。阳极材料为碳刷，直径 2.5 cm，长度为 3 cm。阴极材料为柔性石墨纸（厚度为 0.5 cm，三业碳素有限公司，北京），有效面积为 9 cm2。分隔材料为阳离子交换膜（Ultrex CMI7000，Membranes International，I