微生物燃料电池技术处理水中污染物的可行性研究.pdf

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1、合肥工业大学 硕士学位论文 微生物燃料电池技术处理水中污染物的可行性研究 姓名：丁巍巍 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：汪家权 20090401 微生物燃料电池技术处理水中污染物的可行性研究 摘要 本文介绍了微生物燃料电池( M F C ) 的发展历程及其最新的研究进展。微 生物燃料电池技术结合了生物法处理废水技术核心有氧代谢方式和无氧代谢方 式的优点，既能有效的提高细菌代谢效率，又能处理较高浓度的有毒有害废水 和较难处理的废水，在此基础上还可外供电能。 本文建立了两极室的微生物燃料电池体系，以传统有机物葡萄糖、有毒有 害物质苯酚和双酚A 、以及垃圾渗滤液和工业切削液废水为基质，

2、对其处理效 果与传统厌氧消化( C A D ) 下废水的处理效率进行比较。并以苯酚为特征污染 物，研究了不同温度、底物浓度、盐桥管径和是否接种微生物对微生物燃料电 池处理效率的影响。具体的实验结果概括如下： l 、当以葡萄糖为单一燃料时，M F C 对其的降解率为8 2 ，明显高于传统 厌氧的5 4 ，且M F C 的产电性能较好，连续产电周期超过了4 0 0 h ，最大输出 电压达到7 9 5 m V 。 2 、M F C 对苯酚的降解率比C A D 状态下提高了2 6 ；M F C 在不同温度条 件下对苯酚的降解表现出了与厌氧反应的不同点，在2 5 时效率是最快的，去 除率也达到9 0 ，

3、更值得注意的是在15 时苯酚的最终去除率是最高的。 3 、在不同的有机负荷下，M F C 对苯酚去除效率比传统厌氧提高了3 0 ， 随着有机负荷的升高，苯酚的去除率降低了；盐桥孔径越大，对苯酚的去除速 率也就越快；不接种的体系没有了微生物的作用，苯酚的去除率较低，只有2 0 。 4 、在处理双酚A 时，M F C 法的去除率可以达到5 3 ，而C A D 只有不到 2 0 。 5 、对垃圾渗虑液的处理分析比较，从总的降解趋势可以看出M F C 对C O D 的去除率较传统的厌氧提高了3 个百分点，降解率略有提高。 6 、对比M F C 与C A D 降解工业切削液时C O D 的变化，两者的去

4、除率分别 是7 2 7 和6 8 7 ，最后的去除率只高出4 。 本课题研究结果表明，微生物燃料电池在处理有毒有害物质方面较厌氧反 应表现出了较高的去除率，并且能有电能外输；作为新型的污水处理方式，对 特殊污水的处理率有一定的提高；通过与厌氧生化处理技术相结合，微生物燃 料电池能够将厌氧法的优点综合完善，在水处理方面有着巨大的发展潜力。 关键词：微生物燃料电池；传统厌氧消化；有毒有害物质；废水处理效率；输 出电压 T h e l n F e a s i b i l i t yS t u d y i nR e g r a d a t i o no fC o n l a m i n a n t s

5、 W a t e ro fT e c h n o l o g yU s i n gM i c r o b i a lF u e lC e l l A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fM i c r o b i a lF u e lC e l l ( M F C ) ，t h el a t e s t r e s e a r c hp r o c e s sa n dt h ef o c u so ft h i sa r e an o w a d a y s F o rt

6、h e s er e a s o n s ，m i c r o b i a l f u e lc e l l ( M F C ) t e c h n i q u ei nt h i sp a p e rc o m b i n i n gt h ea d v a n t a g e so ft h ea n a e r o b i c m e t a b o l i s ma n da e r o b i cm e t a b o l i s m I ti sn o to n l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f b a c t e r i a

7、lm e t a b o l i s m ，b u ta l s od e a lw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n so ft o x i ca n dh a r m f u l w a s t e w a t e r ，a n do nt h a tb a s i s ，i tm a ys u p p l yp o w e r W ec r e a t eas y s t e mo fm i c r o b i a lf u e lc e l lw i t ht w oc h a m b e r s ，m a k i n gt h eO r d

8、i n a r y o r g a n i cg l u c o s e ，t o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e ss u c ha s ：p h e n o la n db i s p h e n o lA ，a s w e l la sl a n d f i l ll e a c h a t ea n di n d u s t r i a l c u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e ra s t h em a t r i x ， t r e a t m e n te f f i c i e n c

9、yi s c o m p a r i e dw i t hc o n v e n t i o n a l a n a e r o b i cd i g e s t i o n A n d p h e n o la sac h a r a c t e r i z e dp o l l u t a n t ，d i s c u s s e st h ee f f e c t so fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ， s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n ，d i a m e t e ro f e x t

10、 e n d e d b r i d g ea n dw h e t h e rm i c r o b i a l i n o c u l a t i o no nt h em i c r o b i a lf u e lc e l lt r e a t m e n te f f i c i e n c y T h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 W h e nu s i n gg l u c o s ea sas i n g l ef u e l ，M F Ci t sd e g

11、 r a d a t i o nr a t eo f8 2 ，w a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h e c o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o no f5 4 ，a n dt h e M F Ch a dab e t t e rp e r f o r m a n c ei ne l e c t r i c i t yp r o d u c t ，w i t he l e c t r i c i t yp r o d u c t i o n c y c l

12、em o r et h a n4 0 0 ha n dt h em a x i m u mo u t p u tv o l t a g eu pt o7 9 5 m V 2 U n d e rC l o s e d c i r c u i t ，M F Cs t a t ep h e n o ld e g r a d a t i o nr a t ew a si n c r e a s e db y2 6 c o m p a r e dw i t ht h eo p e ns t a t e ；M F Ca n da n a e r o b i cr e a c t o rh a v ed i

13、 f f e r e n ti nt h e d e g r a d a t i o no fp h e n o la td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ：a t2 5 ，t h ee f f i c i e n c yi s t h e h i g h e s ta n dt h er e m o v a lr a t er e a c h e d9 0 ，n o t a b l et h i n gi st h er e m o v a lr a t ea t15 i st h eh i g h e s t 3 A td i f f e r

14、 e n to r g a n i cl o a d i n g ，p h e n o lr e m o v a le f f i c i e n c yo fM F Ce n h a n c e db y 3 0 t h a nc o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o n ，w i t ht h eo r g a n i cl o a di n c r e a s i n g ，t h e r e m o v a lr a t eo fp h e n o lr e d u c i n g ；t h ed i a m e t

15、 e ro fe x t e n d e db r i d g em o r el a r g e ，t h e r e m o v a lr a t eo fp h e n o lm o r ef a s t ；c o m p a r e dt h ei n o c u l a t i o no fm i c r o o r g a n i s m sw i t h n o n - i n o c u l a t e d ，t h el a t e rs h o w e dt h a tr e m o v a lr a t eo fp h e n o li sl o w e r ，j u s

16、 t2 0 4 W h e nt r e a tb i s p h e n o lA ，t h er e m o v a lr a t eo fM F Cc a nr e a c h5 3 ，b u tc o n v e n t i o n a l a n a e r o b i cd i g e s t i o ni Sl e s st h a n2 0 5 M F Co nC O Dr e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e ds l i g h t l y3p e r c e n t a g ep o i n t st h a n c

17、o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o nw h e nt r e a t i n gt h el a n d f i l ll e a c h a t e 6 C o m p a r e dM F Cw i t ht h ec o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o no nt h ed e g r a d a t i o n o fi n d u s t r i a lc u t t i n gf l u i da b o u tt h eC O D v

18、a r i a t i o n ，t h er e m o v a lr a t ea r e7 2 7 a n d 6 8 7 ，t h ef i n a lr e m o v a lr a t ej u s th i g h e r4p e r c e n t T h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i c r o b i a lf u e lc e l li nd e a l i n gw i t ht o x i ca n d h a r m f u ls u b s t a n c e sh a sah i

19、g h e rr e m o v a le f f i c i e n c ya n de l e c t r i c i t yp r o d u c t ；a sa n e ww a yo fs e w a g et r e a t m e n t ，M F Ci m p r o v e st h ep e r f o r m a n c eo fd e a l i n gw i t ha s p e c i a lw a s t e w a t e r ；B yi n t e g r a t i o nw i t ht h ea n a e r o b i cm i c r o b i

20、a lt r e a t m e n t ， m i c r o b i a lf u e lc e l lc a nb e i n t e g r a t e dp e r f e c t l y t h e a d v a n t a g e s o fa n a e r o b i c m e t a b o l i s m ，S ot h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no ft h i st e c h n i q u ew o u l dh a v eap r o m i s i n g f u t u r e K e y w o r d ：m

21、 i c r o b i a lf u e lc e l l ( M F C ) ；c o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o n ( C A D ) ； m a t t e ro fv e n o m o u s n e s sa n dn o c u o u s n e s s ；e f f e c to fw a s t e w a t e rt r e a t e d ；o u t p u t v o l t a g e ； 插图清单 图1 - 1 葡萄糖在生物体中代谢的一般途径3 图1 2M F C 产能过程示意图4

22、 图2 1 分体式M F C 9 图3 1M F C 与C A D 降解葡萄糖时C O D 变化1 2 图3 2M F C 与C A D 降解葡萄糖时O R P 变化1 3 图3 3M F C 与C A D 降解葡萄糖时P H 变化1 3 图3 - 4 以葡萄糖为燃料时M F C 的产电特性1 4 图3 5以葡萄糖为燃料时输出功率与电流密度的关系15 图3 - 6 以葡萄糖为燃料时电压与电流强度的关系1 5 图4 1以苯酚为燃料时M F C 的连续产电特性1 7 图4 2 以苯酚为燃料时输出功率与电流密度的关系1 8 图4 3 不同温度时C A D 处理苯酚废水的苯酚去除率19 图4 4 不同

23、温度时C A D 处理苯酚废水的C O D 去除率1 9 图4 5 不同温度时M F C 处理苯酚的去除率2 0 图4 6 不同温度时M F C 处理苯酚废水的C O D 去除率2 0 图4 7M F C 和C A D 在不同温度时对苯酚去除率的比较2 l 图4 8M F C 和C A D 在不同温度时对苯酚废水C O D 去除率的比较2 l 图4 9 温度为1 5 的M F C 的电压曲线图2 2 图4 1 0 温度为2 5 的M F C 的电压曲线图2 2 图4 1 1 温度为3 5 的M F C 的电压曲线图2 2 图4 12 不同底物浓度时C A D 处理苯酚废水的苯酚去除率2 3 图

24、4 13 不同底物浓度时C A D 处理苯酚废水的C O D 去除率2 3 图4 1 4 不同底物浓度时M F C 处理苯酚废水的苯酚去除率2 4 图4 15 不同底物浓度时M F C 处理苯酚废水的C O D 去除率2 5 图4 16 不同盐桥管径时M F C 处理苯酚废水的苯酚去除率2 6 图4 1 7 不同盐桥管径时M F C 处理苯酚废水的C O D 去除率2 6 图4 1 8 不同管径时的功率密度曲线2 7 图4 19M F C 中有无接种微生物条件下苯酚的去除率2 8 图4 2 0M F C 和C A D 处理B P A 废水的去除率3 0 图4 2 1M F C 和C A D 处

25、理B P A 废水的C O D 去除率3 0 图4 2 2M F C 法处理B P A 时的电压曲线图31 图5 1M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时C O D 变化3 5 图5 2M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时O R P 变化3 6 图5 3M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时P H 变化3 6 图5 4 以垃圾渗滤液为燃料时M F C 的产电特性3 7 图5 5M F C 与C A D 降解工业切削液时C O D 变化3 8 图5 - 6M F C 与C A D 降解工业切削液时O R P 变化3 8 图5 7M F C 法降解工业切削液时电压变化3 9 插表清单

26、 表2 1 缓冲溶液组分1 0 表4 1 两种运行条件下苯酚的浓度和去除率随时间的变化16 表4 2 各类厌氧菌的温度范围1 8 表4 3 不同管径盐桥系统产电示意表2 5 表4 - 4B P A 的一些物理化学性质2 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金8 巴王些态堂 或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：丁多菇瓤签字日期

27、：力_ 年弘月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金日曼羔些态堂 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被夯阅或借 阅。本人授权 金g 坠兰业叁堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：j r 签字日期：2 矿口7 年争月哆日 学位论文作者毕业后去向： 】：作单位： 通讯地址： 新繇弘分椒 签字日期：三力夕年年月，7 日 电话： 邮编： 致谢 本人在硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中

28、，得到了导师汪家权 教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到收集资料，论文成稿， 都倾注了汪老师的心血，汪老师无微不至的关怀和他平易近人的为人态度、丰 富的学科知识、严谨的治学风格、强烈的敬业精神，使我终生受益，他将永远 是我学习的楷模! 在此向导师表达最诚挚的感激之情，并致以最崇高的敬意! 特别感谢吕剑老师和武君老师在我硕士研究实验过程中以及小论文发表过 程中给予我的帮助和指导。还要感谢我院的客座教授一美国西北研究院的金松 教授，感谢他在实验过程中为我提供国外相关领域的最新研究成果以及实验辅 导。 在试验期间，李云霞老师为本实验项目提供了良好的实验环境和实验设备， 同时也得到了谭茜、

29、李晨、夏雪兰、刘兵四位同学的协助，他们为实验项目的 顺利完成付出了辛勤的汗水，在此特向李云霞老师和以上四位同学表示感谢。 在我三年研究生学习和生活期间，得到了资源与环境工程学院各位领导、 老师和同学的关心和帮助，在此一并表示谢意。 作者：丁巍巍 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 问题概述 目前，全球范围内广泛采用的废( 污) 水的处理技术仍然是好氧和厌氧生 物处理这两种方法。然而，好氧生物处理需要消耗大量的能量，且运行费用高。 厌氧工艺运行费较低，且可以以甲烷形式获得生物能，但由于没有解决好甲烷 的利用问题，因此，一般都是将其直接排空或燃烧掉而无法实现能源的回收， 甲烷气是一种重要

30、的温室气体，排空后会加剧地球的温室效应。 微生物燃料电池将废水中的有机质看作一种能源，利用微生物将废水中有 机质的化学能转化为电能，在净化污水的同时又获得了能量，为人类实现可持 续发展目标提供了技术支持【l J 。研究发现目前工作多集中在如何提高产电效率 上1 2 J ，仅有少数研究传统的有机质的处理，而利用微生物燃料电池对有毒有害 污染物如苯酚、双酚A 和一些特殊的污染物的去除研究较少。实际上，M F C 要 向产能工业化应用方向转化还存在很多困难，关键障碍是对电子分离转化速度 太慢而不能供应实际需要的电流量1 3 j 。相比之下M F C 应用在去除污染物方向上 就会更容易些，其最有可能大

31、规模应用在废水处理领域。有机废水中含有大量 易生物降解物质，如果能够利用这些物质直接作为能源则将克服传统废( 污) 水生物处理的固有缺点，并从根本上缓解当今人类面临的水污染与能源短缺问 题。伴随着近年来微生物燃料电池( M F C ) 技术的兴起和快速进步，这一目标 而有望实现。 由于M F C 在降解有机物的同时并向外输出电能的特点，其应用有可能改变 现有在废水处理领域中的污水处理工艺高能耗的缺点，在国内外受到广泛关注。 目前已研究的可被微生物利用的燃料有葡萄糖、乙酸、海洋底泥、食品废水、 养猪废水、城市污水等易生物降解的有机物。但是，实际被污染的水体和废水 中往往含有大量的如芳香类化合物、

32、酚类化合物等难降解有机物，这些难降解 有机物能否被M F C 用来作为燃料并产电，是决定M F C 未来能否应用于污染水体 的修复和废水处理的重要问题之一，而目前鲜有相关的研究报道。 1 2 微生物燃料电池技术 1 2 1 燃料电池简介 燃料电池是将所供燃料的化学能通过电化学反应变换为电能的一种能量转 换装置，其能量转化率能达到6 0 8 0 。由于其具有发电效率高，适应多种燃 料和环境特性好等优点，近年来已在积极地进行开发。 目前，燃料电池的类型有不同分类方法【4 】：( 1 ) 根据其电解质种类不同分 类是最常用的一种分类方式，根据电解质种类不同可分成5 类：碱性燃料电池， 磷酸型燃料电池

33、、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃 料电池：( 2 ) 按温度分类有低温型( O 3 时，可直接考虑用生物处理法。对年轻的垃圾填埋场 而言，其新鲜垃圾渗滤液中有机物含量高，具有良好的生化处理可行性。一般 采用生物( 包括好氧、厌氧或好氧与厌氧相结合) 法，或以生物法为主结合前 处理和物化深度处理的手段进行处理。另外该阶段垃圾处于酸性发酵阶段，其 渗滤液还具有p H 值低，含有较高浓度的金属离子的特性。 生物法中的厌氧处理法具有能耗少、操作简单、设备投资运行费用低、污 泥产率低和可提高污水可生化性等优点，又可以承受较大的冲击负荷。适合于 处理有机物浓度高、可生化性略差的垃圾渗

34、滤液。 国外加拿大T o r o n t o 大学的H e n r y 等【6 5 】用厌氧滤池处理垃圾渗滤液，C O D c ， 的去除率可达9 0 以上。国内徐竺等采用U A S B 过滤器对垃圾渗滤液的研究结果 3 4 表明该法对垃圾渗滤液的效果良好，在中温消化时，对于高浓度C O D c ，( 3 0 0 0 “ 8 0 0 0 m g L ) 其去除率达9 5 左右，常温消化C O D c ，去除率可达9 0 左右。国外 B o r z a c c o n i 等采用U A S B 法处理渗滤液获得9 0 的脱氮率。 本试验垃圾渗滤液取自龙泉山垃圾填埋场的调节池，C O D 在4 0

35、 0 0 m g L 左 右，依次通过U A S B 反应器和S B R 后，出水C O D 降至l J 4 0 0 m g L 。本节通过运用C A D 和微生物燃料电池法分析比较两者对垃圾渗滤液的去除效果。 5 1 1M F C 与C A D 对垃圾渗滤液的C O D 去除比较 图5 1 所示的是M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时C O D 变化情况。 O1 0 0Z U U3 U U 4 U Ub U U 1 5 U U，U US U U t h 图5 1M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时C O D 变化 F i g ，5 - 1R e m o v a le f f i

36、c i e n c yo fC O D i nt h eM F Ca n dc o n v e n t i o n a lC A Dt r e a t m e n tw i t h d e g r a d i n gl a n d f i l ll e a c h a t e 由图5 1 对C O D 的去除率可以看出利用微生物燃料电池法只比C A D 高出了3 个百分点，未如降解葡萄糖时那样降解率提高较多。可能是垃圾渗滤液内的成 份较复杂，在处理前对微生物的驯化时间太短，未能培养出处理垃圾渗滤液的 优势菌种。从总的降解趋势可以看出M F C 对C O D 的去除率较传统的厌氧有所提 高，降解

37、的速度略有提高。 5 1 2M F C 与C A D 处理垃圾渗滤液时O R P 和p H 的变化情况 3 5 的 如 o S 埒篮稍Q 8 图5 - 2 S F l 图5 - 3 是M F C 和C A D 处理垃圾渗滤液时O R P 禾I p H 的变化情况。 01 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 07 0 0 8 0 0 t h 图5 - 2M F C 与C A D 降解垃圾渗滤液时O R P 变化 F i g 5 2R e m o v a le f f i c i e n c yo fO R Pi nt h eM F C a n dc o n v e n

38、 t i o n a lC A Dt r e a t m e n tw i t h d e g r a d i n gl a n d f i l ll e a c h a t e 从图5 2 反应的O R P 情况可以看出，闭合回路状态下始终维持在较低的水 平，只在反应结束时略有波动；在开路状态下，体系的O R P 值持续的上升，表 明还原环境逐渐减弱，总的来看氧化还原电位维持在16 0 m V 以下的还原环境。 9 0 8 5 8 0 毛7 5 7 O 6 5 6 O 01 0 02 0 0 3 0 04 0 0 5 0 06 0 0 7 0 08 0 0 t h 图5 3M F C 与C

39、A D 降解垃圾渗滤液时p H 变化 F i g 5 3R e m o v a le f f i c i e n c yo fp Hi nt h eM F Ca n dc o n v e n t i o n a lC A Dt r e a t m e n tw i t h d e g r a d i n gl a n d f i l li e a c h a t e 两种反应器的初始p H 都约为8 2 ，试验期间的变化情况如图5 3 所示。开路 状态的p H 有碱性变大的趋势，而闭合回路时体系的p H 逐渐变小，说明M F C 方法 对维持体系的p H 稳定更具优势。 5 1 3 M F C

40、 与C A D 处理垃圾渗滤液时M F C 的产电特性 3 6 O O O O O O 5 O 5 O 5 O l 2 2 3 3 4 一 一 一 一 一 一 目山配。 图5 4 是以垃圾渗滤液为燃料时M F C 的电压曲线图。 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 o 3 0 2 0 l O O 0 1 0 02 0 0 3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 t h 图5 4 以垃圾渗滤液为燃料时M F C 的产电特性 F i g 5 - 4V o l t a g ec u r v eo fM F C w h e nl a n d f i l ll e a c h

41、a t ea sf u e l 从图5 - 4 可以看出，在以垃圾渗滤液为燃料时，电压的产生量非常的小，最 大值只有7 0 m V ，这可能与垃圾渗滤液的成份较复杂，能被微生物利用的电子受 体过少。还有就是污水本身含有替代性电子受体如硝酸盐、硫酸盐等，部分有 机质在阳极室内直接将电子传递给了这些替代性电子受体【6 6 , 6 7 , 6 8 , 6 9 】，使得微生 物燃料电池的能量转化效率很低。对比C O D 的去除率也可以看出，M F C 在产能 下降的同时，对C O D 的降解率提高的效率也是较低的。如何消除体系中硝酸盐、 硫酸盐等物质对反应的影响是今后需要努力的方向。 5 2M F C

42、 法应用于工业切削液废水处理研究 在机械工业、建材等行业设备加工过程中，使用切削液是用来冷却、润滑、 清洗和防锈作用的。切削液循环使用后变质、失效产生了废切削液。这类废水 含有乳化剂、矿物油、防腐剂、以及金属屑等。由于其乳化程度高，化学性质 稳定，可生化程度差，是一种高浓度难降解的有机废水。 切削废水非常稳定、不易破坏，采用常规方法难以达到理想的效果。而且 处理费用高【7 0 , 7 1 】，如果直接排入环境会对环境造成严重的污染。 常规的切削液处理方法是先破乳后在用絮凝处理可以达到较好的处理效果 【7 2 1 ，另外还有用C A F 涡凹气浮一流砂过滤二级组合系统处理切削液含油废水 【7 3

43、 】。但是这两种方法在C O D 浓度较高时，负荷过高达不到较理想的出水要求。 那如果考虑将切削液合理处理作为微生物燃料电池的燃料，在降低C O D 的同 时，可以产生电能，岂不是变废为宝。 本节试验水样取自武汉某机械加工企业的切削液排放口，C O D 值约 l0 0 0 0 0 m g L ，利用微生物燃料电池和传统厌氧对比切削液废水的处理效果。 3 7 5 2 1 M F C 与C A D 对工业切削液废水的C O D 去除比较 图5 5 是M F C 与C A D 处理工业切削液废水时C O D 变化。 l O O 8 0 葶 荪6 0 篮 誉4 0 o U 2 0 0 01 0 02

44、0 03 0 04 0 05 0 0 t h 图5 5M F C 与C A D 降解工业切削液时C O D 变化 F i g 5 - 5R e m o v a le f f i c i e n c yo fC O Di nt h eM F Ca n d c o n v e n t i o n a la n a e r o b i cd i g e s t i o n t r e a t m e n tw i t hd e g r a d i n gi n d u s t r i a lc u t t i n gf l u i dw a s t e w a t e r 图5 - 5 可以看出，对

45、I ：L M F C 与传统厌氧法降解工业切削液时C O D 的变化，两 者的去除率分别是7 2 7 和6 8 7 ，整体趋势是M F C 比传统厌氧法降解的要快， 最后的去除率只高出4 。两者最终的C O D 值约为4 0 0 0 0m g L ，虽然最终的C O D 值较大，可从去除率来看，两者都已达到预期的目标了。在此C O D 值基础上在 用破乳和絮凝处理，不仅可以达到废水的达标排放要求，还可以大大的节省处 理成本。 5 2 2 M F C 与传统厌氧法处理工业切削液废水时O R P 的变化情况 图5 - 6 是M F C 与传统厌氧法处理工业切削液废水时O R P 变化。 3 0 0

46、 2 0 0 1 0 0 0 目 釜一1 0 0 譬 o - 2 0 0 3 0 0 - 4 0 0 5 0 0 人、刚 l 队么= ：掣 t h 图5 - 6M F C 与C A D 降解工业切削液时O R P 变化 F i g 5 6R e m o v a le f f i c i e n c yo fO R Pi nt h eM F C a n dc o n v e n t i o n a lC A Dt r e a t m e n tw i t h d e g r a d i n gi n d u s t r i a lc u t t i n gf l u i dw a s t e w

47、 a t e r 3 8 从图5 6 可以看出，接种微生物后两者体系的O R P 值先是下降到4 5 0 m V 左 右，闭合状态下一直维持在4 5 0 m V ，开路体系中O R P 值在l0 0 h 后回落到- 3 5 0 m V ，说明体系维持了较好的还原环境，保证了反应的持续进行。阴极一直维持 保证在5 0 m V 以上，富氧条件适中，保证了较高的质子传递能力。 5 2 3M F C 与传统厌氧法处理工业切削液废水时M F C 的产电特性 图5 7 是M F C 与传统厌氧法处理工业切削液废水时电压变化。 图5 - 7M F C 法降解工业切削液时电压变化 F i g 5 7V o l t a g ec u r v eo fM F Cu n d e rd e