应用微生物燃料电池处理猪场废水的研究

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当前环境问题日益突出的情况下,污水处理技术是当今环境污染治理的热门课题,目前应用最广泛的是传统的以好氧生物处理和厌氧生物处理技术。然而由于其污水处理成本较为昂贵,越来越受到如今全球性能源紧缺问题的制约。微生物燃料电池技术作为一种新型的污水处理技术,能够将燃料和氧化剂中的化学能直接、连续地转化成电能的发电装置,具有净化污水的同时能够直接获得电能输出的作用,近年来受到国际学术界的广泛关注,被视作一种高效益、低能耗、清洁环保的处理技术。本文介绍了微生物燃料电池(MFC)的发展历程和相关研究成果,选取当下猪场养殖产生的猪场废水作为处理对象,采用双圆筒型微生物燃料电池(以下简称TCMFC)处理猪场废水,分析了应用该装置处理不同浓度的猪场废水过程中的COD处理效率和产电性能的关系。研究发现,于装置中接种某运行稳定的双室微生物燃料电池黑色污泥,经过约300h共3个产电周期的循环,可得到530mV左右的稳定输出电压认为启动完成并稳定运行。当底物COD浓度在200到1000mg/L时,各浓度下的COD去除率、累计电量、输出电能、产电时间和产电平台时间都是非常符合微生物生长的Monod方程。通过对不同浓度下装置的产电性能研究,发现欧姆曲线拟合和极化曲线拟合分别得出的装置内阻都稳定在30Ω左右,其值大小受底物浓度影响不大。采用预挂膜的碳毡电极对实际废水实验启动时间极为迅速,菌种无需经历几个产电周期调整来适应实际猪场废水环境,启动运行稳定后,与处理模拟废水具有相同的产电规律。当外电阻为100Ω时,处理浓度为1500mg/L的实际猪场废水整个产电过程持续148.4h,可稳定产电约125.0h,最高输出电压可达760mV,最大输出功率2.74mW,最大功率密度109.41mW/m2, COD的去除主要在前三天,最大COD去除率可达73.86%。
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