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微生物燃料电池与人工湿地耦合系统研究进展许丹;肖恩荣;徐栋;吴振斌【摘要】Constructed wetland-microbial fuel cell (CW-MFC) is a newly emerging device in which electricity can be generated by microorganisms that use wastewater and root exudates as fuel. The novelty of this systemis enhanced purifying effect of treating wastewater and simultaneously electricity generation by embedding MFC into CW. The effectiveness of the system depends on the configuration of reactor, the operational and environmental parameters. Identification and optimization of these parameters are important to enhance the efficiency of the hybrid system.In this review following the introduction and explanation of the principle, the development process and the present situation of CW-MFC systems, the factors influencing the performance of the systems were described focusing on the major components including plants, microorganisms, electrodes and separators, and the impact of important variables involving carbon source, oxidation reduction potential and hydraulic retention time. The problems in this field of the CW-MFC systems were summarized and the potential applications in the future were prospected.%将微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）与人工湿地（constructed wetland, CW）相结合是近几年来出现的一种新型产能及废水净化工艺。
人工湿地微生物燃料电池人工湿地微生物燃料电池___________________________________随着社会的发展，人们对能源的需求也越来越大。
为了满足人们的需求，科学家们推出了一种新型的能源——人工湿地微生物燃料电池。
它是一种利用微生物分解有机物产生电能的能源，它可以从自然界中提取出极大的能量，为人类带来可持续发展的新能源。
人工湿地微生物燃料电池是一种利用微生物燃料来产生电能的新型能源。
它可以将有机物（如石油、天然气、煤炭、植物等）分解成一定浓度的电解质，通过电解质产生的电流来产生电能。
由于微生物的发酵作用，它可以将有机物的有效成分完全分解成水和碳二氧化物，而不会产生任何有害物质，因此也不会造成任何环境污染。
此外，人工湿地微生物燃料电池具有良好的可靠性和可持续性。
微生物燃料电池是一种利用自然界中的有机物进行能量转化的可再生能源。
它不仅可以使用各种有机物作为原料，而且还可以通过微生物的发酵作用，从而有效地将有机物分解成水和二氧化碳，而不会造成任何有害物质的排放。
因此，微生物燃料电池具有较高的可靠性和可持续性。
此外，微生物燃料电池具有较强的发展前景。
它可以将有机物中的有效成分完全分解成水和碳二氧化物，这对减少对化石燃料的依赖具有重要意义。
随着国家对可再生能源的重视，微生物燃料电池将会得到进一步的发展，并成为可持续发展的重要能源。
总之，人工湿地微生物燃料电池是一种具有重要意义的新型能源。
它具有较高的可靠性和可持续性，还能够将有效成分完全分解成水和二氧化碳，不会造成任何有害物质的排放；它还具有较强的发展前景，将会成为可持续发展的重要能源。
希望人工湿地微生物燃料电池在不久的将来能够发挥出它应有的作用，为人类带来更多的便利。
人工湿地-微生物燃料电池技术的探究进展引言：人工湿地是近年来广泛应用于废水处理的一种环保技术。
与传统废水处理方法相比，人工湿地具有更好的处理效果和更低的成本。
然而，传统的人工湿地处理技术存在着处理效率低、处理周期长等问题。
为了解决这些问题，探究人员开始探究将微生物燃料电池技术应用于人工湿地。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，简称MFC）是一种利用微生物将有机废物转化为电能的新型能源转换技术。
MFC 利用电活性微生物将废物中的有机物氧化还原反应（简称生物电化学反应）转化为电能，从而实现能源的转换。
MFC中的两个关键组件是阳极和阴极。
阳极上的电活性微生物通过氧化有机物产生电子，并通过外部电路流向阴极，与阴极上的氧发生反应，从而形成电流。
微生物燃料电池技术在能源回收领域具有宽广的应用前景。
二、人工湿地与微生物燃料电池的结合在传统的人工湿地中，微生物在底泥等介质中起着关键作用。
而微生物燃料电池正是通过利用微生物进行电化学反应来实现废物处理和能源回收的。
因此，将微生物燃料电池技术与人工湿地相结合具有很大的潜力。
1. 提高废物处理效率传统的人工湿地处理废物周期较长，处理效率有限。
而微生物燃料电池技术可以利用阳极上的电活性微生物将有机物快速氧化，以更高的效率进行废物处理。
2. 同时实现能源回收人工湿地与微生物燃料电池结合后，废物处理不仅能够高效进行，还能够回收产生的电能。
这种联合应用可以解决能源短缺和环境污染等问题。
3. 增强人工湿地的稳定性微生物燃料电池技术可以提高人工湿地的稳定性。
通过外加电势的方式，可以加快微生物的氧化反应速率，并缩减微生物产生的沉积物，从而提高人工湿地的长期稳定性。
三、前景展望与挑战人工湿地-微生物燃料电池技术的结合为废物处理和能源回收领域带来了新的机会。
然而，目前依旧存在一些挑战需要克服。
1. 电化学反应的提高目前微生物燃料电池的效率依旧相对较低，需要进一步探究提高电化学反应的效率，以提高能源回收的效果。
人工湿地-微生物燃料电池中电极研究进展人工湿地-微生物燃料电池中电极研究进展人工湿地-微生物燃料电池是一种将生物质废弃物转化为可再生能源的环境友好技术。
在该技术中，微生物通过氧化废弃物来产生电能，同时人工湿地作为生物反应器能够有效地去除废水中的有机物和氮、磷等污染物。
然而，人工湿地-微生物燃料电池的效率和性能受到电极的影响，因此电极材料的研究和改进对于提高人工湿地-微生物燃料电池的性能至关重要。
目前，人工湿地-微生物燃料电池中常用的电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。
碳材料是最常见的电极材料，包括碳纤维、石墨毡和石墨等。
碳材料具有良好的导电性和化学稳定性，能够提供较大的表面积用于微生物的生长和生物反应。
与此同时，碳材料的价格相对较低，易于制备和处理。
研究表明，采用表面改性的碳材料能够进一步提高人工湿地-微生物燃料电池的性能。
金属氧化物作为电极材料在人工湿地-微生物燃料电池中也有广泛应用。
金属氧化物具有良好的电催化性能和化学稳定性，能够促进废水中有机物的氧化反应。
常用的金属氧化物包括二氧化锰、二氧化钛和三氧化铁等。
研究发现，掺杂或修饰金属氧化物电极能够提高电极的导电性和电催化活性，从而提高人工湿地-微生物燃料电池的发电性能。
导电聚合物也是一种应用广泛的电极材料，具有良好的导电性和化学稳定性。
常见的导电聚合物包括聚苯胺、聚噁唑和聚吡咯等。
由于导电聚合物具有高的表面积和多孔性，能够提供良好的微生物生长环境。
同时，导电聚合物能够通过电催化作用促进废水中有机物的氧化反应，提高人工湿地-微生物燃料电池的性能。
此外，电极的结构和形态对于人工湿地-微生物燃料电池的性能也有重要的影响。
常用的电极形态包括片状、纤维状和泡沫状等。
片状电极具有较大的表面积和较高的导电性，能够提供良好的微生物附着和电反应界面。
纤维状电极具有良好的导电性和通透性，能够促进氧气和废水的传递。
泡沫状电极具有高的孔隙率和大的比表面积，能够提供较大的活性位点和微生物附着表面。
微生物燃料电池——人工湿地耦合系统研究进展微生物燃料电池——人工湿地耦合系统研究进展随着全球能源危机的加剧和对可再生能源的需求增加，寻找新型、高效的能源转换和利用方式变得愈发迫切。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，简称MFC）作为一种潜在的清洁能源技术，近年来吸引了广泛的关注。
在MFC的基础上，人工湿地（Constructed Wetland，简称CW）作为MFC的适配技术之一，也被广泛应用于废水处理和生态修复中。
本文将重点介绍MFC与CW的耦合系统在能量转化和环境修复方面的研究进展。
一、微生物燃料电池微生物燃料电池是一种利用微生物的代谢活动将有机物质转化为电能的装置。
其基本结构包括阴阳极、电解质溶液和微生物产生的电子传递链。
通过微生物的代谢活性，在无需添加外部能源的情况下，可以将有机废弃物（如废水、沉淀物等）转化为电能。
MFC不仅是一种高效的能源转换方式，同时还具有清洁、可持续和低成本的特点。
二、人工湿地人工湿地是一种依靠湿生植物及其附生的微生物来处理废水和修复生态环境的技术。
它模拟自然湿地的功能，通过植物的吸收和微生物的降解，有效去除废水中的污染物质。
人工湿地具有低成本、低能耗、多功能等特点，在废水处理和生态修复方面有广阔的应用前景。
三、MFC与CW的耦合系统研究进展MFC与CW的耦合系统利用MFC提供的电子传递链和湿地植物的吸收转化机制相结合，实现了高效的废水处理和能量回收。
该耦合系统在降解有机物、去除氮磷等污染物的同时，还能够产生电能。
1. 能量转化MFC与CW的耦合系统通过微生物的电子传递链，将废水中的有机物质转化为电能。
研究发现，MFC与CW的耦合系统在能量转化效率方面明显优于单独使用MFC或CW的情况。
这是因为湿地植物的根系提供了更多的微生物附着面，增加了微生物与底物的接触面积，从而提高了MFC的产能。
2. 废水处理MFC与CW的耦合系统在废水处理方面具有显著效果。
人工湿地耦合微生物燃料电池产电及对污水去除探究随着城市化的进一步进步，越来越多的污水被排放到自然水体中，给环境带来严峻的污染问题。
传统的废水处理方式涉及大量的设备和能源，因此需要寻找一种能够高效处理污水同时能够产生电能的新方法。
人工湿地耦合微生物燃料电池技术的出现，为污水处理与能源生产提供了新的思路。
人工湿地是一种模拟自然湿地的人工构筑体系，通过湿地植物和微生物的作用，对污染物进行自然降解和去除，达到净化水质的目标。
而微生物燃料电池则是一种通过微生物间的电子转移来转化有机废物为电能的技术。
将这两种技术结合起来，即使用微生物燃料电池中产生的电能为人工湿地的运行提供动力，将废水中的污染物通过人工湿地植物和微生物的作用进行降解和去除。
人工湿地耦合微生物燃料电池技术在污水处理领域具有宽广的应用前景。
起首，通过微生物燃料电池产生的电能为人工湿地提供了动力，实现了设备的自给自足，降低了运行成本。
其次，微生物燃料电池中的微生物能够降解废水中的有机物，而人工湿地植物对废水中的氮和磷等营养物质起到了去除的作用，共同将污染物降解为无害物质。
此外，通过人工湿地耦合微生物燃料电池技术处理的废水，可以得到高品质的浇灌水或者回用水，实现了资源的循环利用。
在探究人工湿地耦合微生物燃料电池技术的过程中，关注的重点主要包括耦合方式的优化、电流产生的控制以及污水去除效果的评估。
起首，要选择合适的湿地植物和微生物燃料电池系统，确定不同植物对电池系统性能的影响。
其次，探究电流产生的主要因素，包括电极材料和微生物的附着，以便提高电池的发电能力。
最后，通过对人工湿地系统中污水质量参数的监测，如COD（化学需氧量）、氨氮和总磷等，评估系统的去除效果，并通过试验确定处理效率与废水进水浓度的干系。
目前，人工湿地耦合微生物燃料电池技术在试验室中已经取得了初步的探究效果，但在实际应用中还存在一些挑战。
起首，技术需要进一步优化，提高电池的稳定性和发电效率。
人工湿地耦合微生物燃料电池处理重金属废水的研究进展人工湿地耦合微生物燃料电池处理重金属废水的研究进展摘要：随着工业化的发展，重金属废水问题日益严重，其对环境和人类健康造成了严重威胁。
传统的重金属废水处理方法存在效率低、成本高、环境污染等问题，因此需要寻找一种高效低成本的处理方法。
人工湿地耦合微生物燃料电池技术以其独特的优势成为了一种热门的选择。
本文将对人工湿地耦合微生物燃料电池处理重金属废水的研究进展进行综述，介绍了该技术的工作原理、影响因素以及存在的问题，并对今后的研究方向进行了展望。
关键词：人工湿地、微生物燃料电池、重金属废水、研究进展1. 引言随着现代工业的发展，重金属废水成为了一项严重的环境问题。
重金属废水的排放不仅会造成土壤和水体的污染，还会对生物体健康造成威胁。
传统的重金属废水处理方法存在诸多问题，如处理效率低、成本高、对环境造成二次污染等。
因此，寻找一种高效低成本的处理方法显得尤为重要。
2. 人工湿地耦合微生物燃料电池技术2.1 工作原理人工湿地是一种模拟天然湿地而建造的人工系统，具有较好的吸附、沉淀、稳定性等特点。
与传统的人工湿地相比，耦合微生物燃料电池可以在人工湿地的基础上增加微生物燃料电池单元，利用微生物的代谢过程将废水中的有机物氧化为电子，同时产生电流。
这种耦合的处理方法能够有效去除重金属废水中的有机物和重金属离子，并将其转化为电能。
2.2 影响因素人工湿地耦合微生物燃料电池的处理效果受到多个因素的影响，如废水原水的pH值、温度、重金属浓度、输入电压等。
其中，废水原水的pH值和温度是重要的操作参数，可以影响微生物的活性和电子转移速率。
重金属浓度的变化也会对处理效果产生明显的影响，高浓度的重金属会抑制微生物的活性，从而减少电流产生。
3. 研究进展目前，人工湿地耦合微生物燃料电池技术在重金属废水处理领域取得了一定的研究进展。
研究表明，该技术具有较高的去除效率和稳定性。
一些学者尝试在处理过程中引入新的电极材料，如碳纳米管、导电聚合物等，以提高电子传输效率和增强反应活性。
《微生物燃料电池不同阴极电子受体及同步除污产电性能研究》篇一一、引言随着环境问题日益严重，清洁能源的开发与利用已成为全球关注的焦点。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）作为一种新型的清洁能源技术，具有同步除污和产电的双重功能，引起了广泛关注。
本研究主要探讨微生物燃料电池中不同阴极电子受体对同步除污和产电性能的影响。
二、微生物燃料电池基本原理微生物燃料电池是一种以微生物为催化剂，通过生物化学反应和电化学反应相结合的方式，将有机物中的化学能直接转化为电能的装置。
其基本原理是利用微生物在厌氧条件下氧化有机物产生的电子，通过外部电路传递到阴极，与阴极的电子受体发生反应，从而产生电流。
三、不同阴极电子受体的研究在微生物燃料电池中，阴极电子受体的种类对电池性能具有重要影响。
常见的阴极电子受体包括氧气、硝酸盐、硫酸盐等。
本研究分别探讨了这些电子受体对MFC同步除污和产电性能的影响。
1. 氧气作为阴极电子受体：当使用氧气作为阴极电子受体时，MFC的功率密度较高，但除污效果相对较弱。
这是因为氧气作为电子受体时，反应速率较快，但同时也会竞争其他有机物的氧化，导致除污效果受限。
2. 硝酸盐作为阴极电子受体：使用硝酸盐作为阴极电子受体时，MFC的除污效果较好。
这是因为硝酸盐的还原过程需要更多的电子，有利于有机物的氧化，同时也能有效去除水中的氮污染物。
然而，硝酸盐的还原反应速率较慢，导致功率密度相对较低。
3. 硫酸盐作为阴极电子受体：硫酸盐的还原过程可以同时实现有机物的氧化和硫酸盐的还原，具有良好的同步除污和产电性能。
此外，硫酸盐在自然界中广泛存在，使得MFC具有较好的实际应用潜力。
四、同步除污产电性能研究本研究通过实验研究了不同阴极电子受体对MFC同步除污产电性能的影响。
实验结果表明，使用硫酸盐作为阴极电子受体时，MFC的功率密度和除污效果均较好。
这主要是因为硫酸盐的还原过程能够有效地去除水中的有机物和硫酸盐污染物，同时产生电能。
人工湿地型微生物燃料电池同步降解偶氮染料与产电的特性及
机理
难降解有机废水因其可生化性差、化学性质稳定、具有生物毒性等特点,成为水污染治理领域的难点和热点。
近年来,微生物燃料电池(MFC)技术作为一种新型的污水处理技术,因其能够直接从污水中回收化学能并以电能形式输出而受到广泛关注。
本文利用人工湿地(CW)以及MFC构造上的相似性,将MFC的阴阳极嵌入人工湿地(CW),首次构建了全新的连续流人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC),并率先将其用于难降解有机废水的净化,成功实现了偶氮染料废水在CW-MFC中的脱色和同步产电。
本文考察了 CW-MFC产电对于脱色的促进作用以及湿地植物对于CW-MFC产电的促进作用。
重点研究了阴阳极区域中偶氮染料的脱色和降解性能,以及阴阳极产电和净化性能之间的相互影响,分析了偶氮染料在CW-MFC中脱色和降解的机制。
本文主要研究内容和研究结果如下:1)研究了 CW-MFC对偶氮染料ABRX3的脱色与COD去除的促进作用。
结果表明,相比于断路CW-MFC(相当于传统湿地),CW-MFC可以将ABRX3脱色率、去除率分别提高达17.0%左右和23.0%左右,脱色率和COD去除率最高分别可达95.24%和90.40%。
其原因主要是共基质氧化产生的电子更多地被产电菌导出到胞外,提高ABRX3与电子接触的概率。
此外,电流也能够促进微生物新陈代谢,从而促进微生物对ABRX3的脱色。
在CW-MFC的阳极层,产电菌G.Sulfurreducens和Beta Proteobacteria的丰度明显高于断路CW-MFC。
2)在阴极种植植物能够增加阴极溶解氧量,提高阴极电势,从而提高CW-MFC输出电压,阴极种植了植物的CW-MFC在废水中不含ABRX3
时产电最高可超过600 mV,废水中含有ABRX3时产电可到560 mV。
阴极植物能够提高阴极层中的微生物量,有利于脱色中间产物在阴极的降解。
植物也有利于降低阴极内阻。
3)阳极区域对于ABRX3的脱色贡献最大,阳极脱色率最高可达65.32%。
共基质是CW-MFC产电和ABRX3脱色所必需的电子供体,但是共基质所提供的电子只有较少的一部分能被用于ABRX3脱色和产电,因此即使在较高的ABRX3负荷下,阳极仍然能够保持良好的脱色以及产电能力。
ABRX3具有致毒阳极产电菌,加剧阳极极化,抑制CW-MFC产电的作用。
在高ABRX3负荷下,CW-MFC阳极的产电能力会受到明显的负面影响。
与阳极相
比,ABRX3更易获得电子,因此即使产电性能因缺乏共基质而降低时,依旧能够保持较高的脱色性能。
但是完全不含共基质的CW-MFC脱色和产电性能都很低,较适于CW-MFC的共基质是葡萄糖,因为它有较为适宜的分子量和溶解性,相比于乙酸钠等小分子共基质不易立刻在装置底层被降解,有利于阳极层的产电与脱色。
4)本研究观察到偶氮染料在空气阴极中的脱色现象,并考察了阴极对ABRX3的脱色能力以及阴阳极之间的相互影响。
研究结果表明,阴极下部的缺氧区域为脱色提供了合适的氧化还原电位条件,使从阳极传递至阴极的电子可以在缺氧层中参与偶氮染料的还原反应从而使其脱色。
增大阴极面积或者减小外接电阻阻值有助于阴极区域中ABRX3的脱色和阴极交换电流密度的提高,证明增强阴极反应有助于阴极层中ABRX3获得电子被还原。
阴极层ABRX3脱色量随着阴极交换电流密度的升高而提高,可达到的最高脱色量为55.07mg/L。
同时,增大阴极面积可以显著提高阴极电势和CW-MFC的输出电压。
阴阳极之间的相互影响主要体现在:适当提高系统电流强度有利于同时促进阴阳极反应的进行,但电流强度过高则会导致阴极反应被促进而阳极反应被抑制,这与阴极与阳极竞争反应所需电子有关。
5)偶氮染料在CW-MFC底层与阳极层中的脱色均是因偶氮键接受电子而被打开的还原反应。
脱色后会生成各种芳香胺类物质,包括醇类、酮类、脂类、胺类等。
这些脱色中间产物可以在CW-MFC的阳极层和阴极层被进一步降解,生成小分子物质。
在CW-MFC的阳极区域,共基质被氧化生成的电子同时供给偶氮染料的脱色和CW-MFC的阳极;阳极所接受的电子通过外电路传递至阴极,一部分在阴极的好氧层中以氧气作为电子受体完成阴极反应,另一部分到达阴极的缺氧层,继续还原剩余的偶氮染料和脱色产物。
6)CW-MFC的运行条件和CW-MFC构造因子对ABRX3脱色和同步产电均能产生一定影响。
ABRX3在废水中所占比例对脱色效果影响较大;共基质种类和缓冲液(PB)浓度对CW-MFC产电性能的影响较大,共基质种类同时还对脱色产物的进一步降解有较大影响。
总得说来,葡萄糖是CW-MFC较为适宜的共基质。
CW-MFC的脱色和产电性能随着水力停留时间(HRT)的延长而先升高后下降。
当外接电阻最接近CW-MFC内阻时,系统的脱色和产电性能最佳。
电极间距主要通过影响CW-MFC的欧姆内阻来影响CW-MFC的产电性能。
阴极正投影面积通过影响阴阳极交换电流密度来影响阴阳极的脱色和产电性能,本研究中阴阳极的垂直正投影面积比为3:2时,系统脱色和产电性能达到最佳。
