用于污水處理的微生物燃料電池研究最新進展

更新時間：2012-12-19 10:07 來源：作者: 閱讀：2326

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展，對其結構、運行條件，產電微生物及提高電池產電性能作了綜述，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，如果能夠利用這些物質直接回收能源則將克服傳統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)是近年迅速發展起來的一種融合了污水處理和生物產電的新技術，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，利用微生物發電的技術出現了較大突破，MFC在環境領域的研究越加深入。

1991年開始出現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等研發的以市政及工業污水為底物的新型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，而且有望實現廢物資源化。目前，我國僅有極少數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，具有不可估量的發展潛力。

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，通過微生物作用進行能量轉換(如碳水化合物的代謝或光合作用)，把呼吸作用產生的電子傳輸到細胞膜上，然后電子從細胞膜轉移到電池的陽極，經外電路，陽極上的電子到達陰極，由此產生外電流;同時將產生的氫離子通過質子交換膜(PEM)傳遞到陰極室，在陰極和電子、氧反應生成水，實現電池內電荷的傳遞，從而完成整個生物電化學過程和能量轉化過程。

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