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微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),是一种通过细菌或者酶的生物催化功能,氧化介质中可生物降解的有机物并将其转化为电能的生物催化技术,现如今已受到国内外广大研究者们的青睐。目前,大多数的研究往往采用高浓度的有机废水,作为微生物燃料电池系统的底物进行实验研究,而采用固体废弃物作为其底物的微生物燃料电池系统却少有研究,如果能将固体废弃物中所蕴含的能量释放出来,进行二次利用,这不仅解决了固体废弃物的处理处置问题,还为新能源的发展拓宽了思路。 首先,本实验中将谷壳进行厌氧发酵,以其发酵液作为底物,外阻100欧姆,构建微生物燃料电池系统,并以连续流及间歇流两种不同的运行方式,考察其在MFC系统中底物处理及产电能力。 研究结果表明:在以谷壳发酵液为底物的MFC中,底物可以实现降解并且同步输出电能;在MFC系统中加入COD值分别为1048mg/L,1935mg/L,3112mg/L的谷壳发酵液,以间歇流的方式运行,输出功率分别为19.53W/m3,21.51W/m3,24.42W/m3,同时在运行了48h后,谷壳发酵液的COD去除率分别为83.45％,86.12%,79.4%;以连续流的方式运行微生物燃料电池系统,将其COD浓度控制在约为2000mg/L,当水力停留时间为24h时,达到了最大的功率密度35.64W/m3。在相同的COD浓度下,对比不同的运行方式,结果表明以连续流运行时,无论在功率密度,表观内阻,底物去除效率等方面的表现都优于在间歇流态下的微生物燃料电池系统。其可能原因是以连续流的方式运行微生物燃料电池系统时,整个环境相对稳定,不同于底物浓度会逐渐减少的间歇流运行方式,提高了厌氧微生物的活性。 其次,采用相同的微生物燃料电池系统进行剩余污泥的产电和消化实验,并通过引入新型的阴极催化剂,探究其对微生物燃料电池系统的产电能力和污泥消化能力的影响。 研究结果表明:使用不同的泥水比例(不同的MLVSS值)时,外电阻设为100欧姆的条件下,实验装置呈现出了不同的功率密度。当泥水比为1:4(MLVSS值为4450mg/L)时,系统达到最大功率密度为5.10W/m3;当对实验中的剩余污泥添加磷酸盐缓冲溶液时,保持泥水比例不变,体系的功率密度达到了29.80W/m3,表明缓冲体系的加入有助于降低反应器的电阻,而且使系统内的pH值维持在适宜的范围内,从而大大的提高了电池系统的性能指标;另外,在微生物燃料电池系统中引入新型阴极催化剂,在相同的泥水比为1:4的条件下,阴极催化剂为MnO2、Pt/C、MnO2/GNS时,体系的功率密度分别达到了3.73W/m3、4.12W/m3、4.27W/m3,而传统重金属催化剂的空气阴极MFC的功率密度为1.50W/m3,结果说明在加入的新的阴极催化剂后,阴极表面上电子的传递速率加快,从而使整个反应的速率加快,进而提高了电池系统的性能。