用于污水處理的微生物燃料電池研究最新進展
摘要：微生物燃料電池技術目前取得了突破性的進展，并迅速成為廢水處理的熱點。本文介紹了微生物燃料電池的工作原理和特點，結合微生物燃料電池的發(fā)展，對其結構、運行條件，產(chǎn)電微生物及提高電池產(chǎn)電性能作了綜述，探討了提高微生物燃料電池性能的關鍵問題，并展望其應用前景。
關鍵詞：微生物燃料電池；污水處理；功率密度；庫侖效率；產(chǎn)電細菌
目前，廣泛采用的污水處理技術主要是好氧生物 處理和厭氧生物處理兩種方法。前者要消耗大量能量，運行費用高。后者運行費較低，但甲烷的回收利用 問題沒有得到很好的解決。有機廢水中含有大量易生 物降解物質(zhì)，如果能夠利用這些物質(zhì)直接回收能源則 將克服傳統(tǒng)污水生物處理的固有缺點，并從根本上緩 解當今人類面臨的水污染與能源短缺問題。 微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)是近年迅速發(fā)展起來的一種融合了污水處理和生物產(chǎn) 電的新技術，它能夠在處理污水的同時收獲電能，因 此受到廣泛的關注。MFC的研究始于20世紀80年 代。20世紀90年代起，利用微生物發(fā)電的技術出現(xiàn) 了較大突破，MFC在環(huán)境領域的研究越加深入。
1991年開始出現(xiàn)使用微生物燃料電池處理生活污水的范例，然而，直到最近幾年用MFC處理生活污水得到的電池功率才有所增強。特別是Logan等 研發(fā)的以市政及工業(yè)污水為底物的新型MFC，可以在對污水進行生物處理的同時獲得電能，不僅降低 污水處理廠的運行費用，而且有望實現(xiàn)廢物資源化。目前，我國僅有極少數(shù)單位在微生物燃料電池方面進行了初步探索，利用微生物將廢水中有機物的化學能轉(zhuǎn)化為電能，既凈化了污水又獲得了能量，這無疑是污水處理理念的重大革新，具有不可估量的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
1 MFC工作原理
MFC是燃料電池中特殊的一類。MFC利用不同的碳水化合物和廢水中的各種復雜物質(zhì)，通過微生物 作用進行能量轉(zhuǎn)換(如碳水化合物的代謝或光合作用)，把呼吸作用產(chǎn)生的電子傳輸?shù)郊毎ど，然?電子從細胞膜轉(zhuǎn)移到電池的陽極，經(jīng)外電路，陽極上 的電子到達陰極，由此產(chǎn)生外電流;同時將產(chǎn)生的氫 離子通過質(zhì)子交換膜(PEM)傳遞到陰極室，在陰極 和電子、氧反應生成水，實現(xiàn)電池內(nèi)電荷的傳遞，從而完成整個生物電化學過程和能量轉(zhuǎn)化過程。
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