产电菌群及电子受体对微生物燃料电池性能的影响

采用2种类型的微生物燃料电池--常规微生物燃料电池(S-MFCs,以生活污水作为产电菌群接种源、以硝酸盐作为电子受体）和改进后的微生物燃料电池（A-MFCs,以厌氧发酵液作为产电菌群接种源、以铁氰化物作为电子受体）,分析了产电菌群和电子受体的改进对微生物燃料电池产电性能的影响.结果表明：产电菌群和电子受体对MFCs驯化周期和运行周期具有显著影响,使驯化周期由S-MFCs的500 h缩短到A-MFCs的430 h,运行周期由S-MFCs的100 h增加到A-MFCs的350 h;改进后的微生物燃料电池使COD去除率提升了25%,使电压输出提高了约300%.选择合适的产电菌菌种和电子受体标准电极电势是微生物燃料电池性能提升的基础.     

一株产电菌Nitratireductor sp. WJ5-4的筛选及产电分析

【目的】从生物垃圾燃料电池阳极淋洗液中分离一株产电菌WJ5-4,研究其产电特性。【方法】根据菌株的形态、生理生化性质及16S r RNA基因测序分析确定其种属,以该菌株为产电菌,以生物垃圾为底物,构建微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),研究在不同接种浓度和底物固含量条件下菌株的产电性能。【结果】菌株WJ5-4被初步鉴定属于Nitratireductor属,当接种量200 m L时可获得最大功率密度135.16 m W/m2、稳定电压370 m V和总有机碳(Total organic carbon,TOC)降解率41.46%。当底物固含量为23%时,可获得最大功率密度163.69 m W/m2、稳定电压434 m V和TOC降解率46.29%。【结论】WJ5-4菌能够利用较高固含量的生物垃圾产电,产电周期较长,为下一步微生物燃料电池处理生物垃圾提供科学依据。     

铬还原菌的分离筛选及其在微生物燃料电池生物阴极中的应用

【目的】水溶性的Cr(Ⅵ)对环境及人类造成的危害是社会亟待解决的问题。Cr(Ⅵ)还原菌株的分离筛选、还原特性的分析和在微生物燃料电池中的应用为六价铬污染水体的微生物修复提供科学依据和新的方法。【方法】从黄河兰州段排污口采集样本,用平板法分离筛选获得具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,并将Cr(Ⅵ)还原能力最强的LZU-26菌株应用到微生物燃料电池中,检测其产电能力和Cr(Ⅵ)还原特性。【结果】共分离得到21株具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,其中LZU-26菌株Cr(Ⅵ)还原能力最强,属于Cellulosimicrobium cellilans。0.4 mmol/L初始Cr(Ⅵ)在LZU-26的作用下24 h铬还原率可达到95.89%,在48 h后达99.97%。将LZU-26运用在微生物燃料电池生物阴极,所获得的最大电压和最大功率密度分别为68 mV和6.8 W/cm~2。生物阴极Cr(Ⅵ)还原率(68.9%)也远高于化学阴极(14.7%)和对照组(2.7%)。【结论】利用Cr(Ⅵ)还原菌作为微生物燃料电池生物阴极处理含铬废水,将会是一种高效、节能和环境友好的方法。     

微生物燃料电池内阻及其影响因素分析

微生物燃料电池(MFC)是一种通过微生物的催化作用将有机物中的化学能直接转化为电能的生物反应装置,研究表明内阻是限制微生物燃料电池产能的重要因素。本文对目前国内外有关微生物燃料电池内阻的研究成果进行了总结,系统介绍了微生物燃料电池内阻定义、构成和常用的微生物燃料电池内阻测定方法,重点分析了反应器、产电底物、产电微生物和操作条件等对微生物燃料电池内阻的影响,并结合已有的研究结果提出了降低内阻、提高微生物燃料电池产电性能的可行性方法。     

MSW干式厌氧发酵过程中颗粒度影响研究

不同颗粒度干式厌氧发酵处理生物废弃物,对发酵过程有着重要影响,试验表明：不同颗粒度对pH值变化影响较大,较小颗粒度发酵初期下降较快,较大颗粒度pH值变化不显著,而ORP差异比较明显,颗粒度越小,ORP下降越快;蛋白质和还原糖在匀浆状态下初期含量很高,而中后期无太大差异;纤维素酶在高破碎的情况下具有很强的活性,中后期减弱,而果胶酶活力在处理1中初期上升较快,随后变化不显著;VS和CODcr的去除率为处理2效果最好;从产气总量和产气速率比较,处理2为最佳,所产甲炕含量也为最高。     

微生物燃料电池中假单胞菌F026的产电性能研究

基于微生物燃料电池的反应装置,从污水处理厂曝气池的污泥中通过富集,筛选和基于16S rRNA基因序列的系统发育分析等手段驯化出1株高效产电假单胞菌F026。以F026为阳极产电菌制作微生物燃料电池,考察了底物种类、温度和p H值等因素对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明,F026最适合在以可溶性淀粉为底物,p H为中性偏碱性,温度在30~35℃的环境下生长。在此条件下,微生物燃料电池的最高电压达到500 m V,体积功率密度达到2 W/m3。     

外加电压对污泥厌氧消化产甲烷同步降解菲的影响

在污泥厌氧消化与微生物电解池耦合系统中,研究不同外加电压对污泥产甲烷及降解菲的影响,外加电压分别设定为0.4、0.8、1.2和2.5 V,定期对消化过程中产气量、pH、总有机碳(TOC)、溶解性化学需氧量(SCOD)、氨氮及菲含量等参数进行分析,并通过高通量测序对消化污泥及电极生物膜上的微生物多样性进行分析。结果表明:外加电压能有效促进污泥厌氧消化产甲烷并提高系统中菲的降解率,当外加电压为0.8 V时,单位质量固体的甲烷产率为136.36 L/kg,挥发性固体(VS)的去除率为42.26%,污染物菲的去除率为43.88%,均明显高于其他实验组。微生物多样性分析表明:当外加电压低于0.8 V时,阴极生物膜上的优势产甲烷菌为Methanosaeta和Methanospirillum,属于乙酸营养性产甲烷菌;当外加电压为0.8 V以上时,阴极生物膜上的优势产甲烷菌为Methanobacterium,属于氢营养性产甲烷菌。     

生物垃圾处理过程中渗滤液混凝处理的实验研究

通过对混凝剂(PAS)用量、酸度、温度对垃圾处理过程中渗滤液混凝效果影响的研究,结果表明:用聚合硫酸铝进行混凝处理时,对渗滤液的氨氮处理效果不佳,对CODcr和浊度处理效果甚佳.根据三因素三水平的正交实验,得出处理过程中三个因素对CODcr去除率影响的主次关系为:pH＞聚合硫酸铝的用量＞温度.验证试验结果表明:混凝剂加入量15mL(10%)、pH为6.7、温度为50℃时为最优化工艺条件,CODcr去除率达到76.2%.     

微生物太阳能燃料电池的研究进展

摘要:能源危机已经成为阻碍世界发展的主要问题之一,微生物燃料电池的出现为能源危机提供了新的解决途径。将植物和微藻等光合生物与微生物燃料电池整合为微生物太阳能燃料电池(MSCs),能够实现将太阳能转化为电能。微生物太阳能燃料电池不仅能够实现电能持续稳定的产生,而且在污水处理,生物柴油加工以及中间代谢物生产等方面具有广阔的应用前景。本文从光合生物在微生物燃料电池中的作用的角度出发,在参考大量文献的基础上对微生物太阳能电池进行较为全面的综述,并评述其中的优点及不足之处,最后对微生物燃料电池面临的挑战及研究需求做简要分析。旨在为未来微生物太阳能燃料电池的实际应用提供参考。     

利用异化金属还原菌构建含糖微生物燃料电池

环境中的一些微生物通过还原金属氧化物进行无氧呼吸,而石墨电极与金属氧化物相似,也可以作为这类微生物呼吸作用的最终电子受体,利用这类微生物构建微生物燃料电池,以糖类物质为燃料,对电池产电情况、产电原理进行研究。实验结果表明,以Rhodoferaxferrireducens为产电微生物,在外接电阻510Ω条件下,以葡萄糖为燃料,常温下产生的电流密度达158mAm2(平台电压为0.46V,电极有效接触表面积为57cm2),且循环性能良好。更换燃料为其它糖,发现微生物可以利用多种糖进行产电;通过SEM观察发现大量微生物吸附在石墨电极上,用Bradford法对运行20d后电池的细胞量进行定量,测得悬浮细胞蛋白浓度为140mgL,吸附在电极上的生物量为1180mgm2。通过数据采集分析和细菌还原实验,发现吸附在电极上的微生物对电压的产生贡献最大,具有电化学和生物学活性;悬浮细胞对产电贡献很小,不具有电化学和生物学活性。     

关于微生物燃料电池底物的研究进展

近年来,微生物燃料电池已引起了广泛关注,它将低能量废水和木质纤维素生物质等有机废物转化为电能。在将来,微生物电能将成为一种重要的生物能源,因为微生物燃料电池提供了一种复合有机物和可再生生物能源中提取电能的可行性。人们研究了许多物质,以考察其是否能作为微生物电能转化的底物。这些物质包括人工的和天然废物,以及木质纤维素生物质。尽管现在微生物燃料电池提供的电流和功率较低,但是随着技术的发展和对微生物燃料电池系统的深入了解,微生物燃料电池转化的电流和电力将极大增加,从而向世人提供了一种可以将纤维素生物质和废水直接转化为有用能源的有效方法。本文介绍了迄今为止在微生物燃料电池中用到的各种反应底物,并对它们的应用效率和存在的不足进行了分析。     

小球藻吸附水中Pb2+影响因素的初步研究

对小球藻生物吸附水中Pb2 + 的影响因素作了初步研究。实验表明 :在小球藻处于指数生长期和静止期时加入Pb2 + ,去除率达 6 0 %以上 ;当藻细胞密度一定时 ,随着Pb2 + 浓度的增加 ,Pb2 + 的去除率增大 ;当Pb2 + 浓度一定时 ,随着藻细胞密度的增加 ,小球藻对Pb2 + 的去除率增大 ,藻细胞密度为 1 2 9× 10 8个 /ml时 ,去除率可达 92 82 % ;加强光照可以促进小球藻对Pb2 + 的吸附 ;在pH值为 5～ 10的范围内 ,pH对Pb2 + 吸附影响不大 ,较佳的pH值在 7左右。实验最佳条件的去除率在 90 %以上 ,去除效果较好。     

生物砂滤网工艺挂膜实验研究

研究了生物砂滤网污水处理工艺的循环挂膜过程,综合考察了滤网M01和M02上表面生物膜的生长变化情况,细菌数量及其微型动物的组成演化。同时在挂膜一定时间后投加生活污水,分别考察了滤网M01和M02对COD、NH₃-N的去除率。通过试验发现微生物能在滤料上生长繁殖,形成生物砂滤网。细菌在整个过程中占主导地位。同时其它微生物的种类也较为丰富,累枝虫、钟虫、聚缩虫等固着类纤毛虫数量较多,而且还出现了轮虫、线虫等微型后生动物,系统中真核微生物呈现多样化的趋势。滤网M01挂膜成熟后CODcr的去除率可高达90%,氨氮的去除率在70%左右,M02的CODcr平均去除率在60%左右,氨氮去除率在20%左右。     

一株耐盐产电菌Shewanella algae E-1的分离及其产电特性分析

【背景】产电微生物的种类和电化学活性机制对微生物燃料电池的产电性能有着重要的影响。【目的】从海水中分离获得一株耐盐产电微生物,研究其产电特性并鉴定种属信息。【方法】以取自南海的海水为接种液启动并运行阳极液中含有不同盐浓度的微生物燃料电池,从富集的阳极生物膜上分离得到一株纯培养的微生物菌株,命名为E-1。通过接种于阳极液中添加不同盐浓度的微生物燃料电池中对其产电特性进行分析,并利用形态学观察、Biolog分析和16SrRNA基因序列比对相结合的方法进行种属鉴定。【结果】菌株E-1在无外源添加和外源添加6.6%NaCl条件下产生的功率密度分别为51.69 m W/m2和26.56 m W/m2,这与其良好的耐盐能力相关。菌株E-1被鉴定为海藻希瓦氏菌(Shewanella algae),表现出多样的底物利用能力,生长的温度范围为25-40°C,pH范围为5.0-10.0。【结论】这是首次对Shewanella algae种内微生物产电性能及其在微生物燃料电池中应用的报道,丰富了产电微生物的多样性,菌株E-1能够在较高盐浓度条件下表现出良好的产电性能,为微生物燃料电池在海水资源化处理方面的应用提供新的实验材料。     

微生物燃料电池在固体废物堆肥中的应用进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种近几年快速发展的废物处理与能源化技术,可以与污水处理、污染物降解、脱盐等环境技术结合。微生物燃料电池与堆肥技术结合可以在处理日益增长的固体废弃物的同时回收能量,具有很好的发展前景。文中分析了堆肥微生物燃料电池系统的微生物特征,探讨了堆肥过程中影响微生物燃料电池产电性能的因素,包括电极,隔膜,供氧和构型。最后归纳说明了堆肥微生物电池作为一种新的废弃物处理技术的特点:较高的微生物量并可产生较高的电流密度;对不同环境的适应性强;可以自身调节温度,能源利用效率高;质子从阳极向阴极的移动会受到不同堆肥原料的影响。     

纳米材料修饰微生物燃料电池阳极的研究进展

阳极作为微生物燃料电池中的重要组成部分,其性能的高低显著影响着微生物燃料电池的产电性能。纳米材料具有导电性好、表面积大等优良特性。因此,纳米材料修饰阳极能够有效减小电极内阻、增大微生物的粘附量,从而显著提高微生物燃料电池的产电性能。本文首先简要介绍了微生物燃料电池中阳极修饰纳米材料的种类,然后重点归纳了不同纳米材料修饰阳极对微生物燃料电池产电性能的影响及其原因。最后对微生物燃料电池阳极修饰纳米材料和技术进行展望。     

矩形微生物燃料电池性能的分析

测试阳极液和阴极液的pH值和电导率的变化情况, 分析微生物燃料电池(MFC)的产电过程和能量利用情况, 为改善MFC的性能提供理论依据。试验结果表明: 随着MFC的运行, 阳极液的pH值和电导率呈现下降的趋势, 阴极液的pH值和电导率呈现上升的趋势, 阴极液的pH值比阳极液的pH值大约高0.30?0.50, 阳极液和阴极液的平均电导率变化不大。MFC稳定运行时, 欧姆内阻为29.69 Ω, 极限电流为2.69 mA, 最大输出功率约为0.8 mW, 对应的内阻约为95.72 Ω。铁氰化钾的质量传输是极限电流的限制性因素。能量分析发现, MFC阳极液中91.1%的葡萄糖被其他微生物消耗, 仅有8.9%的葡萄糖用来发电; 而用来发电的葡萄糖的88.5%的能量转化为其他形式的能量, 仅有11.5%的能量转化为电能。     

一株耐盐菌Halomonas sp. A20的分离及降解糖精钠废水的特性

【背景】糖精钠废水是一种难处理的高盐有机工业废水。【目的】为了提高糖精钠废水的生物降解效果,需要研究糖精钠废水降解菌的特性。【方法】采用纯培养技术从处理糖精钠废水的多级生物接触氧化系统内的活性污泥中分离筛选糖精钠废水降解菌,对分离菌株的形态特征、生理生化特性和16S rRNA基因序列进行分析,利用单因素实验和响应面法考察分离菌株降解糖精钠废水的最佳条件。【结果】筛选获得一株糖精钠废水降解菌A20,归属于盐单胞菌属(Halomonas),当糖精钠废水的盐分为5%,菌接种量为15%,pH值为8.0,温度为30°C时,菌株A20对糖精钠废水中的化学需氧量(chemical oxygen demand,CODcr)去除率在60%以上;通过响应面法优化,菌株A20降解糖精钠废水的最佳条件为：pH 8.0,温度为30.3°C,接种量为14.1%,其CODcr去除率为65.4%。【结论】分离到一株能高效降解糖精钠废水中有机物的耐盐菌Halomonas sp. A20,可为高盐、高浓度糖精钠废水的处理提供优良的微生物菌种资源。     

潜流人工湿地在城市污水三级处理中的应用

采用页岩/钢渣强化潜流人工湿地作为城市污水处理厂三级处理工艺.结果表明:在平均水力负荷为0.32 m·d-1的条件下,当进水有机物(CODcr)、总氮(TN)、总磷(TP)平均浓度为33.9、15.1和1.57 mg·L-1时,出水CODcr平均浓度为13.6 mg·L-1去除率为60%,面积速率常数KA值为0.3 m·d-1温度对CODcr的去除影响不明显;出水TN浓度在5.4～14.3 mg·L-1之间波动,KA值为0.09～0.31 m·d-1,去除率受温度的影响较大,随着进水硝态氮比例的提高和运行时间的延长,湿地对TN的去除效率有上升趋势;稳定阶段出水TP浓度为0.6 mg·L-1去除率为50%,KA为0.26 m·d-1温度对,TP去除影响不大.     

采用填充床阳极的甲醇生物燃料电池

燃料电池是将化学能转变为电能的装置,人们已经在无机物燃料电池方面取得了很大进展。现在以各种有机物为燃料的生物燃料电池受到了重视。自然界存在大量的微生物和酶,可以氧化各种有机物,因此在原理上可以构建许多采用天然原料为燃料的生物燃料电池。目前,生物燃料电池实用化的主要问题是所提供的电流密度低,通过使用介体可以提高电流密度,在这方面已经做了许多工作,本实验室也有类似的工