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废弃生物质作为固体废物的一种,对区域水环境、大气及土壤环境等均有潜在的威胁。目前,废弃生物质通常与固体废弃物一并处理,包括填埋、焚烧、堆肥等方式,但传统处理方式具有易引起渗滤液二次污染、严重的腐败臭气等环境污染问题。微生物燃料电池(MFC)可以将废弃生物质中储存的化学能直接转化为电能,避免了通常生物质产电所需要的燃烧步骤,使能量转化效率提高。解决了废弃生物质的妥善处理和有效利用的问题,具有很好的应用前景。本文将废弃生物质进行特异性酶解,将废弃生物质中大分子有机物转化为小分子有机物,解决了MFC不能直接利用废弃生物质产电的问题。以双室MFC为反应器,重金属离子作为阴极液,废弃生物质水解液作为MFC阳极液进行电化学厌氧处理,探究不同种类废弃生物质水解液MFC的产电性能。首先,本文对淀粉类废弃生物质(废弃面包)和纤维素类废弃生物质(废弃稻壳)进行废弃生物质产电的可行性研究。废弃面包和废弃稻壳分别在酶促反应进行50 min和20 min时,还原糖产量达到170 g/kg面包和50 g/kg稻壳。将水解得到的废弃面包水解液和废弃稻壳水解液接种到MFC阳极,外电阻(1000Ω)两端最大电压分别可以达到0.386 V和0.369 V。最大功率密度为29.96 m W/m2和25.08 m W/m2。结果表明,废弃生物质通过酶水解和MFC厌氧处理可以实现生物质能到电能的快速转换,且产电效果良好。其次,为降低工业生产的成本,本文还考察了酶浓度对废弃生物质水解进程的影响。(1)针对剩余米饭特异性酶解过程,设置不同的酶浓度梯度(S1:0.02 m L/L、S2:0.1 m L/L和S3:0.2 m L/L)。S1、S2、S3实验的水解液最高还原糖浓度分别为18.7 g/L、23.2 g/L和34.6 g/L。COD浓度分别为60.6 g/L、67 g/L和77.5 g/L。S3和S2的酶浓度分别为S1的10倍和5倍,S2和S3的COD产量分别比S1高10.6%和28%。结果表明,0.01 m L/L(S1)的酶体积可以作为剩余米饭水解的经济选择。将剩余米饭水解液接种到MFC阳极,外电阻(1000Ω)两端最大电压可以达到0.260 V,当电流密度为20 m A/m2时,功率密度最大值为8 m W/m2。(2)针对办公废纸特异性酶解过程,设置不同的酶浓度梯度(W1:0.5 g/L、W2:1 g/L、W3:2 g/L和W4:3 g/L)。水解进行390 min时,还原糖浓度分别为0.55 g/L、1.2 g/L、2.43 g/L、2.88 g/L。COD浓度分别为1851 mg/L、3084 mg/L、6115 mg/L、6377 mg/L。W4与W3 COD产量相差262 mg/L,但W4酶浓度为W3的1.5倍。结果表明,2 g/L(W3)的酶体积可以作为办公废纸水解的经济选择。将办公废纸水解液接种到MFC阳极,外电阻(1000Ω)两端最大电压可达到0.287 V,当电流密度为42.1 m A/m2时,功率密度最大值为11.28 m W/m2。综上,本文对4种具有代表性的废弃生物质进行特异性酶解和电化学厌氧处理,为废弃生物质的安全环保处置提供了新途径。