電化學(xué)輔助微生物厭氧系統(tǒng)產(chǎn)甲烷性能研究.pdf

1、電化學(xué)輔助微生物厭氧系統(tǒng)（Electrochemical Microbial Anaerobic System，EMAS）是在微生物燃料電池（Microbial Fuel cells，MFCs）的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種產(chǎn)能裝置，它在微生物燃料電池的陰極去除氧氣的同時再外電路加一個電源(>0.2V)，從而克服熱力學(xué)障礙，實現(xiàn)質(zhì)子和電子在陰極生成氣體的過程。
　　本論文采用碳布陽極，以含10％Pt催化劑的防水處理的碳布為陰極，設(shè)計了單室方型

2、空氣陰極微生物燃料電池。以市政管網(wǎng)中的生活污水為菌源，以1g/L的乙酸鈉為唯一碳源，在1000Ω外電阻下啟動(30℃)微生物燃料電池。待MFC反應(yīng)器啟動完成后，將陰極更換為碳纖維刷進(jìn)行并密封反應(yīng)器，施以一定的外加電壓進(jìn)行產(chǎn)甲烷實驗。本論文考察了EMAS反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)及條件（外加電壓、曝氮氣、陽極材料、底物)對產(chǎn)甲烷性能的影響，并將EMAS反應(yīng)器與微生物厭氧系統(tǒng)（Microbial Anaerobic System，MAS）反應(yīng)器從幾個

3、方面進(jìn)行了對比。
　　外加電壓為-0.7V時，反應(yīng)器的最大電流為3.25mA，甲烷產(chǎn)率可達(dá)260.0mmol/（m2·d），電子捕獲效率為92.1%。而在-0.6V及-0.5V的外加電壓條件下，電子捕獲效率分別為93.2%及93.0%，但是甲烷產(chǎn)率相對-0.7V條件下低了約55mmol/（m2·d），最高電流為1.63mA和1.46mA，僅是-0.7V時最大電流的50.2%和44.9%。進(jìn)水不曝氮氣時，甲烷產(chǎn)率為164.8mmoL

4、/（m2·d），最大電流降為2.91mA，電子捕獲效率為89.60%，電流曲線的下降點比進(jìn)水曝氮氣的情況下提前了20h左右。碳纖維布為陽極材料時，一個周期內(nèi)的最大電流值為3.07mA，比以普通碳布為陽極時的3.25mA下降了0.18mA，反應(yīng)器的電子捕獲效率從92.1%降為了41.2%。甲烷產(chǎn)率為359.2mmol/(m2·d)，比以普通碳布為陽極時提高了將近100mmol/(m2·d)。以20mL/L的乙醇為底物時，最大電流為2.05

5、mA，電流值從22h就開始下降，甲烷產(chǎn)率為255.3mmol/（m2·d），電子捕獲效率為61.2%。以垃圾滲濾液為底物，最大電流可以達(dá)到4.08mA，甲烷產(chǎn)率為126.4mmol/（m2·d）。
　　微生物厭氧系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷產(chǎn)率為84.5mmol/（m2·d），大約是EMAS的1/3。EMAS產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的COD去除率為94.8％，MAS反應(yīng)器的COD去除率為78.1％，COD去除率比EMAS產(chǎn)甲烷反應(yīng)器低了16.7%。MAS反應(yīng)