微生物燃料电池在污水处理方面的应用研究进展.pdfVIP

VoL10 No．14 第lO卷第14期2010年5月科学技术与工程 May2010 Science and Sci．TeetL Technology @2010 Engng． 1671-1815(2010)14-3419·06 Engineering 环境科学 微生物燃料电池在污水处理方面的应用研究进展 葛小萍1 刘财钢1 石琰绿1，2’ (青岛科技大学化工学院1。青岛266042；山东农业大学植物保护学院2，泰安271018) 摘要近年来微生物燃料电池技术在国外接连取得突破性研究成果，并迅速成为新概念废水处理的热点。介绍了微生物 燃料电池技术的原理和特点，系统综述了该项技术的研究进展，重点总结了在微生物、介体与电极材料研究等方面的必威体育精装版研 究进展，分析了存在的问题，在此基础上指出微生物燃料电池技术研究的重点突破方向。 关键词微生物 燃料电池 废水处理 中图法分类号X382．1； 文献标志码A 当今世界，减少污染物排放量和对化石类燃料的 用领域正在不断地增大‘“’15】。 依赖是可持续发展力求达到的两个目标【I．2J。微生 fuel 1 物燃料电池(Microbialcells，MFCs)技术为在污MFCs的工作原理 水处理领域实现这两大目标提供了可能。微生物燃 料电池(MFCs)是一种特殊的燃料电池，它以微生物 利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物 作为催化剂，直接将燃料中的化学能转化为电 的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到 电极上，这样的装置叫微生物燃料电池¨6l。用微生物 能13．4j。研究表明，MFCs不仅可以利用乙酸盐等物 质作为燃料持续稳定地产生电流，也可利用各种有机 作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换¨7|。 从电化学的角度讲，微生物燃料电池工作原理与传统 污染物为燃料【’_引。当阳极室利用厌氧污泥接种，采 用有机污染物为燃料时，电池就能在发电的同时降 的燃料电池存在许多相同之处。以葡萄糖作底物的燃 料电池为例，其阴阳两极反应如下式所示。 解污染物，达到经济和环境的双赢¨．4J，这为有机废 水的资源化提供了新思路，具有重大的实际意义。 MFCs是一种通过微生物的新陈代谢活动能使化学能 具体的产能过程(见图1)可描述如下：阳极室 转化为电能的生物电化学系统(BESs)‘卜13J。由于它 内的微生物在厌氧条件下代谢水中的有机质(葡萄 们独特的特点和在污水处理方面的应用，BESs的应 糖等)，产生电子和质子。电子传递到阳极，再经由 2010年2月23日收到 外电路到达阴极；质子则穿过质子交换膜或直接通 第一作者简介：葛小萍(1963一)，女，剐教授。 过电解质到达阴极。在阴极室，质子、电子和氧相 ‘通信作者简介： 结合生成水。阴阳两极之间存在电位差，最高电位 石琰壤(1974一)，女，副教授，研究方向：植物基因工程和微生可达(O．5—0．8)V，这与氢燃料电池产生的电压相 物学a 接近，通过对反应器的集成，可以将这样的低电压 万方数据 3420