污水管道充當雙室MFC分割材料的研究

袁曉東 高云霞 王璐璐

摘要：本文主要研究的是基于A/O工藝的MFC在處理生活當中，以裝載自身污水的管道為雙室MFC分割材料時，對陰極室在曝氣過程中向陽極室擴散的氧氣量和電池內阻的影響，通過菲克定律和歐姆定律推算出，氧氣擴散的最大量和管道歐姆電阻之間成反比的關系。得出只要MFC的陽極室容積越大，氧氣擴散對陽極室的DO改變量越小，甚至可以忽略不計。

關鍵詞：管道;分割材料;MFC

當陰陽兩室間的分割材料采用裝載自身室內溶液的管道時，此時的管道不僅有充當分割材料的作用（隔絕陰極室的溶解氧向陽極室的擴散作用），也可充當連接陰陽兩室間的污水通道的作用。由于MFC陰陽兩室的在本論文中處理的是污水，有時稱此管道為污水管道。同時在電池部分運行正常的情況下，通過內部電場力的做功，可以將陰極室產生的硝酸氮自動回流至陽極室進行生物反硝化，從而節省通回路1系統回流硝酸氮的運行能耗。

1.以污水管道為雙室MFC間分割材料的研究

1.1分割材料為污水管道時對陰陽兩室氧氣擴散的影響

我們知道氧氣不易溶入水，且氧氣在水中的自由擴散速度是在空氣中的萬分之一，薄層的水膜就可以隔絕氧氣的擴散。根據菲克A.FICK第一定律可知，

1.2分割材料為污水管道時對電池內阻的影響

電池內部的歐姆電阻主要是污水溶液的電阻，如果采用污水管道為雙室分割材料，污水管段的歐姆電阻也是電池內阻的一部分。有歐姆定律可知，污水管道的電阻值R大小與電極垂直方向的截面積A成反比，與電極之間的距離L成正比。

2結論

理論上可說陽極室容積越大，管道越小，采用污水管道為分割材料時陽極室受陰極室氧氣擴散的影響越小。但如要考慮到電池內阻的話，則需要綜合的分析。如本實驗前期采用的是管道半徑為0.5cm，管長為2.5cm。其每天由陰極室向陽極室擴散的最大氧氣質量為0.00054mg/d，陽極室的容積為120mL左右，由于氧氣擴散對陽極室溶解氧的增加量為0.0045mg/L/d，由于所有前提假設條件都選取的最不利值，所以實際擴散值遠遠小于此值。相對于陽極室本身初涉溶解氧條件來說，在陽極室HRT<15天時可以忽略不計。此前采用的HRT為5天是滿足氧氣擴散值可忽略不計的條件的。相反的如果氧氣擴散對陽極室溶解氧濃度的改變量較大時，就會破壞陽極室的厭氧條件，影響到陽極室的厭氧反硝化和水解發電的性能。

通過公式1-5可以看到氧氣擴散質量m和污水管道歐姆電阻之間是反比例關系。電池內阻太大就會影響MFC的對外供電性能。污水管道的歐姆電阻作為內阻的一部分，污水管道歐姆電阻越大，電池的內阻就越大;在總電動勢不變的情況下，內阻越大，會導致內阻分壓越大，電池內耗越大，而對外供電的能力越差。

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（作者單位：河北建筑工程學院市政與環境工程學院）