本研究采用双室微生物燃料（DMFC）和上流式单室微生物燃料电池（USMFC）对电池性能的影响因素和废水处理效果进行了研究,并对USMFC在啤酒废水处理中的应用进行了初步探讨。研究以石墨板为阴极,泡沫镍为阳极构建了双室微生物燃料电池（DMFC）,考察了铁氰化钾和过氧化氢作为阴极电子受体时各影响因素对电池性能的影响。研究结果表明:在一定浓度范围内,增加阴极电子受体浓度,有利于提高电池的开路电压和输出功率;pH值减小,电池的输出功率增大,内阻减小、铁氰化钾浓度为10000mg/L,pH值为7时,DMFC的开路电压为721mV,最大输出功率为4061mW/m3,内阻为151Ω。过氧化氢浓度为1000mg/L、pH值为2时,DMFC的开路电压为942mV,最大输出功率为6778mW/m3,内阻为192Ω。以空气电极为阴极,颗粒活性炭为阳极构建了上流式单室微生物燃料电池（USMFC）。在连续运行条件下研究了电解质（KCl）浓度、葡萄糖浓度和水力停留时间（HRT）对电池性能（开路电压、输出功率和内阻）和废水处理效果的影响。研究表明:电池的性能随着电解质投加量的增加和葡萄糖浓度的增大而逐渐提高;葡萄糖浓度和输出功率之间的关系可用Monod方程形式描述,其中半饱和常数为110mg/L,最大输出功率为21585mW/m3;在一定范围内增大水力停留时间可同时提高电池的性能和COD的去除率。葡萄糖模拟废水浓度为850mg/L,HRT为8h条件下,USMFC的最大输出电压为0.915V,最大输出功率为44.3W/m3,COD去除率为45%。对USMFC降解废水的反应动力学的初步研究表明:废水中有机物的降解符合表观拟一级反应动力学。USMFC应用于啤酒废水处理的实验研究表明:负载电阻越小,库伦效率和COD去除量越高;可用Monod方程形式描述啤酒废水浓度与电池最大输出功率之间的关系,其半饱和常数为286mg/L,最大输出功率为15473mW/m3;啤酒废水的浓度越大,电池的输出功率和开路电压越高。负载电阻为500Ω、啤酒废水浓度为1953.2mg/L、HRT为3h时,USMFC的开路电压为0.642V,最大输出功率为13542mW/m3,内阻为65Ω。研究表明,微生物燃料电池可以在降解废水的同时产生电能,并可以通过调节操作条件使其废水处理效果和性能达到最优,其在废水处理领域将有广阔的应用前景。
第1章 绪论 12-24
    1.1 能源发展与环境问题 12-13
        1.1.1 能源危机 12
        1.1.2 环境问题 12-13
    1.2 生物质能 13-14
    1.3 微生物燃料电池 14-22
        1.3.1 微生物燃料电池的发展历程 15-18
        1.3.2 微生物燃料电池的特点 18-19
        1.3.3 微生物燃料电池的工作原理和分类 19-21
        1.3.4 微生物燃料电池的发展方向和应用前景 21-22
    1.4 课题的研究目的和意义 22-23
    1.5 本课题的研究内容 23-24
第2章 实验材料与分析测试方法 24-32
    2.1 实验仪器与药品 24-25
    2.2 实验装置 25-27
    2.3 测定指标和方法 27-30
    2.4 接种污泥和运行控制方法 30-31
    2.5 本章小结 31-32
第3章 DMFC不同阴极电子受体的研究 32-45
    3.1 铁氰化钾作为阴极电子受体的电池性能 32-39
        3.1.1 铁氰化钾溶液浓度对MFC性能的影响 33-35
        3.1.2 铁氰化钾溶液pH值对MFC性能的影响 35-38
        3.1.3 离子强度对MFC性能的影响 38-39
    3.2 过氧化氢作为阴极电子受体的电池性能 39-43
        3.2.1 过氧化氢溶液浓度对MFC性能的影响 39-41
        3.2.2 过氧化氧溶液pH值对MFC性能的影响 41-43
    3.3 本章小结 43-45
第4章 USMFC电化学性能及废水处理的研究 45-66
    4.1 电池的启动运行 46
    4.2 第一阶段连续运行各影响因素对USMFC性能的影响 46-53
        4.2.1 电解质(KCl)浓度对MFC性能的影响 46-49
        4.2.2 葡萄糖浓度对MFC性能的影响 49-51
        4.2.3 水力停留时间(HRT)对MFC性能的影响 51-53
    4.3 USMFC的放电曲线 53-54
    4.4 废水处理效果及库伦效率 54-59
        4.4.1 废水处理效果 55-56
        4.4.2 库伦效率 56-57
        4.4.3 有机物降解产物分析 57-59
    4.5 第二阶段连续运行USMFC的性能 59-64
        4.5.1 不同HRT下USMFC的运行状况 60-61
        4.5.2 HRT对USMFC极化曲线的影响 61-62
        4.5.3 HRT对USMFC输出功率的影响 62-63
        4.5.4 HRT对废水处理效果的影响 63-64
    4.6 本章小结 64-66
第5章 USMFC处理啤酒废水的实验研究 66-77
    5.1 电池的启动 66-68
    5.2 电池负载电阻对废水处理效果的影响 68-71
        5.2.1 负载电阻对废水去除效果的影响 68-70
        5.2.2 负载电阻对库伦效率的影响 70-71
    5.3 啤酒废水浓度对USMFC性能及废水处理效果的影响 71-76
        5.3.1 啤洒废水浓度对USMFC产电性能的影响 71-74
        5.3.2 啤酒废水浓度对USMFC废水处理效果的影响 74-75
        5.3.3 啤酒废水浓度对USMFC库伦效率的影响 75-76
    5.4 本章小结 76-77
结论 77-78