微生物燃料电池与外部电阻关系.中文..doc

生物能源技术 微生物燃料电池与外部电阻的关系 Krishna P. Katuri ；Keith Scott；Ian M. Head；Cristian Picioreanu；Tom P. Curtis 摘要 利用葡萄糖废水和生活污水的微生物燃料电池外部负载阳极生物膜微生物群落的组合物的影响。在不同的外部负载下操作每个的阳极变性梯度凝胶电泳（DGGE）的聚合酶链反应（PCR）扩增16S rRNA基因片段显示阳极细菌了明显的差异。这些结果暗示在一个产电细菌富集在高电流密度下，即外部负载低，并能维持较好的电流和出水水质。在不同外部不同的细菌群落的形成，正如预期的那样，目前这一代，外部负载影响COD去除率和生物产量。操作条件下的外部负载，的生物产量明显小于在传统的厌氧消化（即控制）。 1介绍 微生物燃料电池（）技术是一个新兴的研究，其中来自从代谢的电子 可有机物被转换为电力。应用的技术障碍，包括使用昂贵的组件（例如，镀铂阴极和质子交换膜）和细菌中的电子转移到阳极低功率密度差造成。近年来发电使用作为一个潜在来源的更新，微生物燃料电池备受关注能能源。此外发电，也可以废水。然而，为了这种技术一种可行的源电源或废水处理方法，的性能进一步改善是必要的。大多数研究都集中在不同的反应器结构，如何操作参数和不同类型的电极影响功率许多潜在增长率的限制因素的性能，质子通过质子交换膜的运输（PEM），在阴极的氧的供应量减少，已被记录。一个经典的燃料电池相比，电催化需要透过细菌的新陈代谢。外部电阻的效果行为已得到解决主要集中在外部电阻之间的关系，电流和库仑收率与运行下的COD去除打开电路系统一些外部电阻。曼尼古希等开发了一种程序，用于选择最佳的外部最大承受功率电阻。在他们的研究中，他们考虑下产生不同的外部的阳极电位电阻来确定条件下的最大可持续功率。 aelterman等研究了不同的三维电极发电效果，电微生物燃料电池的化学和微生物群落结构在相对于所施加的负荷率和外部电阻。然而，外部电阻对COD的去除与微生物群落组成和变化对生物生长的影响效果的都没有。最近里昂等报道的喂醋酸作为燃料外部电阻上的的性能效果。他们发现，外部电阻的差异与变化在细菌群落结构形成在阳极上。 然而，类似的电力生产社会结构。微生物燃料电池的流场数值模拟模型预测，提高EXTER信号的电阻的查询结果（i）中较高的生物量的生长及（ii）低级NG产生的电流在阳极。它也被认为增加了电气电阻距离有利于产甲烷微生物的生长，而不是电微生物的生长。在这项研究中在批处理模式下，我们已经进行了一系列的实验评估审视的模型的预测结果。因此，我们评估的影响ENCE的外部电阻对性能，阳极微生物群落的组成，特别是在初始阶段的生物膜的发展现实意义如污水处理COD去除率和生物量。然后这些数据相比，与传统的厌氧消化和的操作在开路电压（OCV）等效一个无限的外部。 21 养料 包括最小盐介质以葡萄糖作为电子供体的解决方案制备了溶解500 mg /L葡萄糖和无机盐 [NH4–N (NH4Cl) – 40 mg/L;Mg (MgCl2) – 10 mg/L; Cu (CuSO4) – 0.1 mg/L; Ca (CaCl2) – 5 mg/L;在950毫升磷酸盐缓冲(0.25M，pH值70)。实验添加50毫升的培养液生物量其次是有力的氮气清除30分钟速度 40 mL/min，来创建厌氧条件和统一的微生物分布。燃料和有一个550 mg / L化学需氧量(COD)组合和56 mg / L生物量浓度悬浮物(VSS)和79 x l08细菌细胞。 一些实验研究生活污水稀释啤酒废水(1:100按体积)被用作阳极室(阳极液)的。国内废水是主澄清器溢流在当地市政污水处理厂(诺森伯兰郡的水纽卡斯尔在泰恩、英国)收集啤酒废水是由联盟酿酒厂(纽卡斯尔、英国)。对于测试酿酒厂废水被添加到国内废水紧随其后有力的55 mL/min氮气吹了15分钟创建缺氧条件和一个统一的微生物分布。用这种方法有一个可溶性化学需氧量(COD)的700 mgL。 22 培养液的制备 从主澄清器溢流在当地市政污水处理厂(诺森伯兰郡的水、纽卡斯尔、英国)污水废水使用一个培养液。生物质是离心(10000 g10分钟)从污水废水收集的无菌盐溶液(09%氯化钠溶液)洗两次去除微生物细胞有机化合物。生物质50毫升无菌磷酸盐缓冲(0.25M，pH值70)然后混在阳极液中(培养液/阳极液比率1:20)来初始化实验。 23 MFC配置和操作 实验在燃料电池两腔(150毫升钱伯斯由硼硅酸盐玻璃)。一个6平方厘米全氟磺酸117质子交换膜(PEM)(标准差、英国)被用来分离阳极和阴极室。顶部的阳极室配备样本液体和气体一个电连接到在阳极电解液阳极。阳极由一个沸