● 摘要
微生物燃料电池（MFCs）能在降解污水中有机物的同时产生电能，有望成为一种新型的污水处理工艺。本文面向MFC技术在污水处理中的实际应用，研究了如何扩大阳极的规模同时提高电池的产电性能。针对MFC产电量少的问题，探索利用微生物电解池（MECs）以氢气的形式储存MFC所产生的电能。首先，构建了双室MFC，采用两种方式增加阳极面积，研究发现向电池阳极室添加同等大小阳极板的方式优于替换现有阳极板为尺寸扩大一倍的电极板的方式，前一方式下电池的面功率密度峰值和体积功率密度峰值均升高，电池的欧姆阻力也低于后一增加方式下的电池，说明在增加电极面积的同时增加电极引出点可降低电子在极板上的移动阻力。以前一种方式不断增加电池的阳极面积，观察电池产电性能的变化，发现电池的面功率密度峰值随阳极面积的增加先增大后减小，因此，当电池结构和材料一定时，调整阳极阴极的面积比可使电池产电性能最佳。为借助微生物电解池以氢气的形式储存MFC产生的电能，实验构建了双室MEC，初步研究MEC的运行条件和效能影响因素。研究发现MEC运行必须同时具有电化学功能菌、有机物、恒电源三个条件。间歇运行，阳极进水pH值为7时，MEC的氢气产量最高。连续运行可使MEC阳极液的pH值维持在中性，阴极可持续稳定产气。最后，进行了MFC和MEC联合运行的探索性试验，发现MFC-MEC电路中有明显的电流出现，且随着阳极有机底物的消耗呈现出一定的变化规律，说明MFC能启动起MEC，用MEC以氢气的形式储存MFC所产生的电能是可行的。