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2微生物燃料电池
生物电化学系统是利用吸附在任一或者两个电极上的微生物催化氧化反应(生物阳极)或(和)还原反应(生物阴极)的生物电化学反应器,理论上是一种能够实现从污水中回收能量的技术。
当微生物将底物氧化,还原阳极,产电,这样装置就成为了微生物燃料电池(Microbial fuel cells– MFCs);反过来,如果对系统施加低压产生还原产物,这种装置就成为了微生物电解池(MECs-Microbialelectrolysis Cells)。这节先介绍MFCs。
微生物燃料电池(MFCs)是通过微生物的新陈代谢作用产电。在新陈代谢的最后阶段,电子会沿着细胞膜传送到最终的电子受体,一般为在氧化情况下的氧气。而在微生物燃料电池里,细菌将它们的电子传到胞外的一个阳极上,然后电子通过外电路从阳极流向阴极,从而形成电流。
过去微生物燃料电池很难处理低浓度污水,但专家们说他们已经发现了能够处理COD在150-200mg/L的案例。在高浓度的情况下(3,000 mg/L),反应器会变成厌氧状态。因此,从COD的范围来说它已经适用于典型的市政污水。
专家们认为MFCs最有可能的应用是在进入二级处理前的COD去除工艺,优点是减少曝气量,或者作为厌氧反应器的预处理。另外它也可以作为厌氧消化的替代工艺,这样就不用担心甲烷排放造成的风险。
但是,专家认为这项技术依然处理应用研究的阶段,目前存在的技术问题包括电极的效率和生产设计、使用真实污水的应用、规模升级、改进长期运行的表现和寻找低压应用等。商业方面的挑战包括电极等设备成本、缺乏中试规模的示范项目、后续营养物的去除等。要使MFCs变得更加有竞争力,单位面积的电流需要达到25A/㎡,电极要变得更加易于生产,成本需要小于100-150美金/㎡,而总资本支出要低于500美金/㎡。
3微生物电解电池
微生物可用于催化阴极反应(生物阴极),例如将氧气还原为水,质子还原为氢气,硝酸盐还原为氮气,和将碳酸氢盐还原成甲烷。其它应用包括产过氧化氢,海水淡化和去除氨氮。许多新应用都需要额外的能耗,这是由整个反应的热力学决定的。
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