耦合生物陰極SND的MLMB-MFC的構(gòu)建與運(yùn)行

黃珊，陸勇澤，朱光燦，孔赟

（1 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210000； 2 東南大學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210096；3 江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江蘇南京210000）

引 言

微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC)是一種利用微生物代謝和催化活性將廢水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。陽(yáng)極降解有機(jī)物產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路傳遞至陰極室的最終電子受體，當(dāng)最終電子受體為硝酸鹽時(shí)，硝酸鹽最終會(huì)被還原成氮?dú)猓虼薓FC 可以與傳統(tǒng)污水處理工藝相結(jié)合實(shí)現(xiàn)同步脫氮和產(chǎn)電[3-4]。

典型的雙室MFC 一般使用質(zhì)子或離子交換膜作為分隔材料，產(chǎn)生的內(nèi)阻較小[5]。有實(shí)驗(yàn)證明質(zhì)子交換膜厚度越薄，質(zhì)子的傳遞效果則越好，MFC脫氮產(chǎn)電的效率也越高[6]。目前實(shí)驗(yàn)室大多采用美國(guó)杜邦公司的Nafion質(zhì)子交換膜，但因其成本較高，且不能夠重復(fù)使用，限制了MFC 的擴(kuò)大化工程應(yīng)用[3,7-8]。因此針對(duì)無(wú)膜MFC 的研究成為重點(diǎn)[9]。2004 年Liu[10]對(duì)比有膜和無(wú)膜的雙室MFC 發(fā)現(xiàn)，功率 密 度 分 別 為(262±10) mW·m-2和(494±21) mW·m-2，內(nèi)阻分別為218 Ω 和465 Ω。因此，可通過(guò)改進(jìn)無(wú)膜MFC構(gòu)型獲得更高的產(chǎn)電性能。

廢水中發(fā)生硝化反應(yīng)需消耗大量溶解氧(dissolved oxygen，DO)，1 g氨氮完全氧化理論上需消耗4.6 g O2，但是自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化菌都屬于缺氧菌[11]。2013 年Zhu 等[12]首次在無(wú)膜雙室MFC 中實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極去除有機(jī)物，陰極自養(yǎng)反硝化脫氮。2008 年Virdis 等[13]在MFC 系統(tǒng)外部設(shè)置反應(yīng)器通過(guò)曝氣進(jìn)行硝化反應(yīng)，出水進(jìn)入陰極進(jìn)行反硝化。但這增加了系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)由于氨氮會(huì)透過(guò)陽(yáng)離子交換膜到達(dá)陰極，導(dǎo)致陰極脫氮率低。……