微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理食物殘?jiān)c能源回收.pdf

1、目前在全世界范圍內(nèi)食物殘?jiān)漠a(chǎn)量是極為巨大的。同時(shí)食物殘?jiān)哂幸咨锝到?、揮發(fā)性固體含量高，碳氮比高等特性，其中蘊(yùn)含著大量的可被再次利用的潛在能源，若得到合適的開發(fā)將帶來可觀的能源產(chǎn)量。近年來，微生物電化學(xué)系統(tǒng)作為可同步實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除與能源回收的新型有機(jī)廢物資源化處理技術(shù)之一，引起了廣泛的研究熱潮。微生物電化學(xué)系統(tǒng)主要包括微生物燃料電池（MFCs）與微生物電解池（MECs）兩種形式。本文中考察了利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理食物殘?jiān)目尚行耘c

2、穩(wěn)定性。討論了以食物殘?jiān)鳛榈孜锏腗FCs的產(chǎn)電效果及微生物群落結(jié)構(gòu)分布，同時(shí)為進(jìn)一步提高產(chǎn)電效能，考察了將堿預(yù)處理剩余污泥以一定比例與食物殘?jiān)旌显贛FCs系統(tǒng)中的共代謝過程對(duì)其產(chǎn)電性能的改善作用。另一方面，對(duì)以食物殘?jiān)鼮榈孜锏腗ECs的最佳外電壓值進(jìn)行優(yōu)化以得到最佳產(chǎn)氣效果。
　　開展了以最佳產(chǎn)電效能與污染物去除效果為目標(biāo)，對(duì)食物殘?jiān)鳛镸FC底物的進(jìn)水濃度的優(yōu)化研究。在所討論的三種濃度中，即DF-10（COD=4900±35

3、0mg/L），DF-15（COD=3200±400mg/L）與DF-25（COD=2000±100mg/L）， DF-15表現(xiàn)出最高的產(chǎn)電功率密度與有機(jī)物去除效果。其最高產(chǎn)電功率密度達(dá)~18W/m3(~556 mW/m2)，庫倫效率為~23.5％。COD、總糖、可溶性蛋白及總氮去除率分別為~86.4%，~95.9%，~67.1%和~16.1%。利用454高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)以食物殘?jiān)鼮榈孜锏腗FC陽極生物膜群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，產(chǎn)電微生物Geo

4、bacter與發(fā)酵細(xì)菌Bacteroides之間的互養(yǎng)關(guān)系有效的實(shí)現(xiàn)了MFC對(duì)食物殘?jiān)袡C(jī)物的利用及去除和同步產(chǎn)電。
　　以進(jìn)一步提高以食物殘?jiān)鼮榈孜锏腗FC產(chǎn)電功率密度為目標(biāo)，探究了將堿預(yù)處理剩余污泥以一定比例與食物殘?jiān)旌蠈?duì)MFC產(chǎn)電效能的改善作用。維持各混合物的COD為~3500mg/L，在所討論的4種混合比例（10/0，8/2，7/3與5/5）中，最佳混合比例為7/3，MFC最大功率密度達(dá)~30 W/m3，較以單獨(dú)食物殘?jiān)?/p>

5、為底物的MFC的功率密度提高了近43%，TCOD的去除率達(dá)76.3±1.2%。
　　以食物殘?jiān)鳛镸EC底物成功地實(shí)現(xiàn)了氫能的回收與有機(jī)污染物去除。對(duì)以食物殘?jiān)鼮榈孜锏腗EC的外加電壓值進(jìn)行優(yōu)化，在所討論的4種外加電壓值（0，0.6V，0.9V與1.1V）條件下，0.9V下MEC表現(xiàn)出最佳產(chǎn)氣效果，氫氣產(chǎn)率達(dá)35.7±1.9mgH2/g-COD，平均產(chǎn)氫速率為0.36±0.09 m3H2/m3-Reactor/d，庫倫效率與陰極氫