微生物燃料電池處理廢水產電及其驅動監控系統的研究

田 野， 楊嘉敏， 成少安， 陸俊弘， 李艷賓， 杜玉坤

(浙江大學 清潔能源利用國家重點實驗室，浙江 杭州 310027)

0 引言

當前城市排水系統面臨著有害氣體超標、內澇頻繁等問題，危害管道工作人員的安全，造成巨大經濟損失.故建立實時監控報警系統具有重要意義[1].

現有的監控報警系統需要建立無線檢測節點，但這些節點電池更換成本高，廢棄電池造成環境污染大.微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC)利用微生物的呼吸作用降解污水中的有機物，將化學能轉換為可利用的電能[2-5]，是一種清潔可再生能源.利用MFC取代蓄電池，實現監控設備的自供能是解決上述問題的最佳方法之一.

本研究基于下水道環境特點，研制水滴狀浮標式單室空氣陰極MFC反應器，建立用于MFC產電的能量采集和控制電路，研究了MFC處理下水道污水產生電能并驅動排水管網信息無線監控系統的可行性，對城市“智能水網”建設具有實際意義[6-7].

1 實驗與方法

1.1 總體設計

本研究系統由MFC、能量采集、能量管理和微處理器控制4個模塊組成.系統結構圖見圖1.

圖1 總體結構圖Fig.1 The diagram of general structure

MFC用于給整個系統供電，同時降解排水管污水中的有機污染物.MFC反應器設計成水滴狀浮標式結構，保證空氣陰極在水位變化時始終位于氣固液三相反應界面，同時避免污水流速過大影響MFC的工作性能.能量采集與存儲模塊通過能量采集芯片BQ25504采集MFC處理污水產生的能量，并將其儲存在儲能元件中.

能量管理模塊通過外部時鐘PCF8563控制模擬開……