鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:428次 | 2023年07月11日
微生物燃料動(dòng)力電池可替代曝氣 處理廢水的同時(shí)還能發(fā)電
在廢水處理中,曝氣是一種耗能大但必須去除污染物的過(guò)程。泵將空氣吹入廢水中,以為處理池中的微生物提供氧氣。作為回報(bào),這些細(xì)菌將有機(jī)物質(zhì)氧化為二氧化碳從而將其從廢水中去除。此過(guò)程是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并且已經(jīng)證明了一個(gè)多世紀(jì)。如今華盛頓州立大學(xué)和愛(ài)達(dá)荷大學(xué)的研究人員創(chuàng)造出自己的方法改變了原有的過(guò)程。
微生物燃料電池利用微生物將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,而在廢水處理中,微生物燃料電池可以代替曝氣,同時(shí)從廢水有機(jī)物中捕獲電子。這些電子本身又是微生物代謝的廢物。所有生物都在努力釋放多余的電子。此過(guò)程稱為呼吸或發(fā)酵。微生物產(chǎn)生的電能可用于廢水處理廠本身的有用應(yīng)用。該技術(shù)一石二鳥(niǎo),一方面節(jié)省了廢水的處理能源,另一方面發(fā)電。
在他們的項(xiàng)目中,研究人員使用了他們開(kāi)發(fā)的獨(dú)特的微生物燃料電池系統(tǒng)來(lái)代替曝氣。他們新穎的廢水處理系統(tǒng)借助產(chǎn)生電力的微生物來(lái)凈化廢水。這些微生物稱為親電子試劑。
這項(xiàng)工作將有一天減少對(duì)水處理高耗能過(guò)程的依賴。這些過(guò)程中所需的大部分能量都被活性污泥提供。水處理過(guò)程中產(chǎn)生的能源消耗約占全球人為產(chǎn)生二氧化碳的4-5%。研究人員在生物電化學(xué)雜志上發(fā)表了他們的工作。除了減少溫室氣體排放外,降低廢水處理的能耗還可以節(jié)省數(shù)十億美元的年度運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。
迄今為止,微生物燃料電池已經(jīng)在理想條件下通過(guò)實(shí)驗(yàn)用于廢水處理系統(tǒng)中,但是在實(shí)際和不斷變化的條件下,它們經(jīng)常會(huì)失效。微生物燃料電池缺乏控制陽(yáng)極和陰極電勢(shì)并因此控制電池電勢(shì)的調(diào)節(jié)器。這很容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障。然后必須更換整個(gè)電池。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為了解決這個(gè)問(wèn)題,研究人員在系統(tǒng)中增加了一個(gè)參考電極,使他們能夠控制燃料電池。系統(tǒng)變得更加靈活。它既可以單獨(dú)作為微生物燃料電池工作,也不消耗任何能量,也可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化,以便在更密集地凈化廢水的同時(shí),將較少的能量用于曝氣。FrontisEnergy在其電解反應(yīng)器中使用了類似的控制系統(tǒng)。
該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室以及愛(ài)達(dá)荷州廢水處理廠的試點(diǎn)工作了一年,沒(méi)有出現(xiàn)重大問(wèn)題。它以與傳統(tǒng)曝氣池相當(dāng)?shù)乃俾嗜コ宋廴疚?。另外,微生物燃料電池可以完全?dú)立于電網(wǎng)功率使用。研究人員希望有一天它可以用于小型廢水處理廠,例如清潔牲畜場(chǎng)或偏遠(yuǎn)地區(qū)。
盡管取得了進(jìn)展,但仍有挑戰(zhàn)需要克服。它們是很難構(gòu)建的復(fù)雜系統(tǒng)。在FrontisEnergy,我們專門(mén)研究此類系統(tǒng),可以幫助進(jìn)行試點(diǎn)和商業(yè)化。燃料電池氫能觀察