高邮市微生物燃料电池污废水处理一体化设备

高邮市微生物燃料电池污废水处理一体化设备MFC的产电能力与电池结构、电极材料、微生物活性、电子受体类型等因素有关。产电微生物因受自身生物活性的限制及其生命活动受外界环境因素的影响，导致其分离、转化电子的速度较慢，以至于目前研究报道中产电微生物的产电能力普遍偏低，即MFC产生的电流较小，严重限制了MFC的大规模推广应用。关于MFC产电能力的研究，目前多集中在优化MFC结构、提高MFC的功率输出及制备新电极材料等方面。史雨茹等研究了MFC在不同连接方式下的产电效率及对污水的处理能力，发现相比于单个燃料电池，电压串、并联及其研究中报道的生物量串、并联都能使燃料电池的工作电压有不同程度的提高，并能不同程度地提高燃料电池对有机物的降解能力。崔心水等在双阴极三室MFC中实现了同步脱氮和产电功能，发现不合理的MFC构型会制约MFC的生物电化学过程而影响MFC的产电性能。ZHAO等通过构建不同阳极面积的多阳极沉积物MFC(sedimentmicrobialfuelcell,SMFC)，对其长期性能进行研究后发现增加阳极面积可以增大SMFC的发电量。该研究通过实验证明了阳极之间的距离对SMFC功率输出的影响有限，为MFC的发展奠定了基础。以上研究表明，电池连接方式及构型、电极面积等因素都影响MFC的产电性能。

　　新材料可以改善污废水处理中的生物反应，强化物理和化学反应，同时污水处理的资源化、能源化也要依赖于新材料。有研究者通过优化MFC的电极材料提高了MFC的产电能力。ZHONG等利用聚二烯丙基二甲基氯化铵(polydiallyl-dimethylammoniumchloride,PDDA)修饰炭毡阳极，PDDA-MFC的启动时间只有9h，是未修饰MFC的7.5%，并且其最大输出电压和最大输出功率密度分别为741mV和537.8mW/m2，比未修饰的MFC分别高75.2%和230.1%，可见对MFC电极进行修饰可以显著提高MFC的启动速度和产电性能。陈稳稳等在尿液MFC(urine-poweredmicrobialfuelcell,UMFC)中使用超级电容器活性炭修饰的阳极碳布，研究结果表明修饰后的UMFC的最大电压为0.629V，是未修饰电极的1.2倍，最大功率密度是未修饰电极的1.8倍，表明使用超级电容器材料活性炭修饰MFC阳极能有效提升其整体性能。余登斌等研究了碳纳米材料修饰阳极对MFC传感器的电化学性能及水体毒性检测灵敏度的影响，研究结果表明多壁碳纳米管和导电炭黑修饰电极可以提高MFC的功率输出。

　　高邮市微生物燃料电池污废水处理一体化设备通过相关实验研究报道可知优化MFC的结构、修饰或改善电极材料等能在一定程度上改善MFC的产电性能，但新材料一般经济成本偏高，导致MFC制备成本高，限制了MFC的推广应用。笔者认为若在微生物层面设法分离、筛选出产电能力强、转化电子速度快的微生物菌株，从微生物产电层面提高电子产生量，并通过实验研究解析、验证电子的传输机理(如图2)而提高微生物与电极之间的电子传递速率，通过从本质上解决微生物产电量低、电子传递速率慢的问题而提高MFC的产电能力，将有助于降低MFC的制备成本并利于MFC的推广应用。如SAMARAT等在圆形MFC中使用一种海水细菌并成功地把NO3-降解成N2，其研究发现所用的海水细菌能够在MFC阳极的磷酸盐缓冲溶液和阴极的碳酸氢盐缓冲溶液中通过产电而降解水体内的污染物。该海水细菌的使用证明发掘产电微生物有利于提高MFC的产电能力并扩大其污水处理领域，此研究为MFC的进一步应用奠定了理论基础。