论文总字数：19983字

摘 要

微生物燃料电池（MFC）可以利用生活垃圾中的有机物，作为产电菌的营养素进行产电，实现废物利用，考虑到餐厨垃圾中含有极高的有机物含量，使用MFC处理餐厨垃圾是一个合理的想法。从2006年起，MFC领域迅速发展，国内外都对MFC处理废污水进行了大量研究，产电效率以及废弃物处理效率随着研究的深入不断提高。本文将马铃薯作为MFC的阳极底物，考察将不同比例的剩余活性污泥（WAS）与其混合是否能够提高MFC的性能，包括产电效率以及有机污染物去除率等指标。结果显示，马铃薯：WAS以6:1的混合比能使MFC达到最佳产电效果，最大电流密度达到了324mA/m²，且功率密度达到了约14mW/m²，阳极电势也远小于以马铃薯为单一底物的MFC，此外，2:1、4:1、8:1的混合比也都在不同程度上提高了MFC的电流密度。考虑有机污染物的去除率，我们发现4:1和6:1的混合比能够比较有效的提高污染物去除率，而其他混合比的MFC中污染物去除率变化不大。以上结果证明了将合适比例的马铃薯-WAS混合物作为MFC的底物的可行性。

关键词：微生物燃料电池 餐厨垃圾 剩余活性污泥 发电量 有机物去除率

Abstract

Microbial fuel cell (MFC) can use the organic matter in domestic waste as the nutrient of electricity producing bacteria to generate electricity and realize waste utilization. Considering the high content of organic matter in kitchen waste, it is a reasonable idea to use MFC to treat kitchen waste. Since 2006, the field of MFC has developed rapidly.A lot of research has been done on MFC treatment of waste water at home and abroad. The power generation efficiency and waste treatment efficiency have been improved with the deepening of research.In this paper, potato was used as anode substrate of MFC to investigate whether the performance of MFC could be improved by mixing different proportion of excess activated sludge (WAS) with it, including power generation efficiency and organic pollutant removal rate. The results show that the MFC can achieve the best electricity production effect with the mixture ratio of potato: WAS equal to 6:1, the maximum current density is 324mA/m2, and the power density is about 14mW/m2, and the anode potential was far less than that of potato as a single substrate MFC. In addition, the mix ratio of 2:1, 4:1 and 8:1 also improved the current density of MFC in varying degrees. Considering the removal rate of organic pollutants, we found that the mixture ratio of 4:1 and 6:1 can effectively improve the removal rate of pollutants, while the other mixture ratio of MFC has little change. The above results proved the feasibility of using potato-WAS mixture as the substrate of MFC.

Key Word:Microbial fuel cell;Food waste;Waste activated sludge;Electricity generation;Organic removal rate

目 录

1.前言 1

1.1餐厨垃圾处理现状 1

1.2微生物燃料电池研究进展 1

1.3微生物燃料电池处理餐厨垃圾 2

2.实验材料与方法 6

2.1马铃薯和WAS固体制剂 6

2.2 MFC配置和操作条件 6

2.3测定与分析 7

2.3.1电流密度和功率密度 7

2.3.2 阳极电势 8

2.3.3 COD和DOC 8

2.3.4 UV₂₆₀和SUVA 8

3.结果和讨论 9

3.1. 发电效率 9

3.1.1.电流密度和最大功率密度 9

3.1.2.阳极电势 10

3.2. 有机物去除效率 11

3.2.1. COD浓度变化 11

3.2.2. DOC浓度变化 13

3.2.3. UV₂₆₀以及SUVA的变化 14

4.结论 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 前言

1.1餐厨垃圾处理现状

餐厨垃圾，是指人们饮食活动产生的垃圾，在家庭、食堂等地方较为常见。餐厨垃圾中含有大量有机物，如果不能得到妥善处理，将严重危害环境和人体的健康。餐厨垃圾占城市生活垃圾的很大比重，极易滋生有害细菌，产生有毒气体，因此容易带来环保、健康问题^[1]。

当下我国餐饮行业发展迅速，同时经济快速发展，人们越发重视食物种类的丰富度，于是我国餐厨垃圾的排放量急剧增加。在今天,我国餐厨垃圾处理仍然是处于摸索阶段。统计指出,我国每年产生餐厨垃圾大约有一亿吨^[2,3],几乎占城市生活垃圾的一半，是我国城市生活垃圾中不容忽视的一部分^[4]。传统的餐厨垃圾处理方式比如填埋、焚烧等，是不可持续且不经济的^[5]。餐厨垃圾中蕴含有大量的有机物，这些有机物里有可观的可利用资源，若能充分利用，不仅可以降低餐厨垃圾处理的成本和对环境的负面影响，还可以向社会输送能源，提高生产力。目前，国内许多中大城市都在积极探索餐厨垃圾资源化处理模式，并采取了管理餐厨垃圾的措施^[6]。全国各大中小城市都形成了各有优劣的处理体系。然而，目前我国餐厨垃圾的处理工业还存在着各种方面的不足，要想全面实现餐厨垃圾的循环利用，我们还有很长的路要走。

1.2微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池（MFC）是使用产电细菌作为催化剂氧化有机和无机物并产生电流的设备。由产电菌从这些底料产生的电子被转移到阳极，并流到阴极，该阴极通过包含电阻器的导电材料连接起来。早在20世纪初期，MFC的概念就已经被提出，但直至20世纪末，21世纪初，各种产电菌被陆续发现，人们才开始对MFC进行更广泛的研究^[7]。MFC领域从2006年开始迅速发展。目前，MFC技术已经在污水处理方面获得广泛的采用。由于反应器设计的改进，新电极材料的应用以及高度专业化微生物群落的丰富化，MFC的性能在过去一段时间中稳定增长。许多科研人员为了提高MFC的产电性能，污染物处理效率、降低成本，进行了大量的研究。如今，研究人员构造出了单室、多室等MFC构型，对电极材料的研究也备受关注，石墨、碳纸、碳布和碳毡等材料是如今比较受欢迎的，研究表

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