1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)是以微生物為催化劑氧化分解有機物,將有機物中的化學能轉換為電能的生物反應器,能夠實現(xiàn)廢水處理和產(chǎn)生電能的雙重效果,在環(huán)境保護和能源再生方面有非常大的發(fā)展前景。大多數(shù)有機物都能夠用作微生物燃料電池的底物燃料,但是在實際應用中,MFC處理的有機廢水種類繁多、成分復雜,因此研究MFC處理不同底物的產(chǎn)電效能以及MFC對更換底物的響應機制,對于MFC在實際應用中處理生產(chǎn)生活廢水具有

2、重要的指導意義。
　　實驗構建了單室空氣陰極微生物燃料電池,以乳酸為底物運行反應器,待穩(wěn)定后將底物更換為葡萄糖(Glucose)、乙酸(Acetate)和丙酸(Propionate),穩(wěn)定運行四個周期后,底物換回乳酸。三個階段中,進水底物的COD均為500mg/L,在MFC運行過程中分別監(jiān)測電化學參數(shù),并通過分析陽極生物膜附著形態(tài)和微生物群落結構解析陽極微生物在MFC利用有機物產(chǎn)電過程中的作用機制。
　　結果表明,在乳酸為底

3、物的MFC最高產(chǎn)電電壓為0.231V,功率密度為2.33 W/m3,此時電池內阻為16Ω,COD去除率達到72.27％,庫倫效率9.08%。將底物更換為葡萄糖、乙酸、丙酸后,MFC分別需要500、330和550h的適應時間達到穩(wěn)定產(chǎn)電,最高電壓分別是0.125、0.153和0.189V,周期為120、64、70h,對應的功率密度為0.77、1.43和1.65 W/m3,庫倫效率較之前有很大提高,分別達到17.85%、17.91%和29.

4、16%。將底物繼續(xù)更換為乳酸后,反應器仍需要一定的適應時間才達到穩(wěn)定,適應時間分別是193、259、373h,穩(wěn)定后的電壓分別是0.121、0.110和0.188V,低于最初乳酸底物時的運行電壓。同樣,各MFC的功率密度也降低,Glu、Ace和Pro MFC分別為0.74、0.97和1.33 W/m3,因而底物變化后微生物燃料電池的產(chǎn)電能力有所降低。
　　通過DGGE圖譜分析,Ace反應器將底物更換為乙酸后,陽極微生物結構發(fā)生明顯

5、變化,多樣性指數(shù)由2.48增加至2.80。而Glu反應器的陽極微生物群落在三個階段的條帶相似性比較高。同樣,Pro反應器三個階段的條帶也比較相似,可能是因為乳酸和丙酸結構相似,在被降解利用過程中的富集的微生物種類也比較相似。
　　本實驗表明,底物對微生物燃料電池的產(chǎn)電性能和陽極微生物群落結構有一定的影響,底物改變后,MFC需要一定的適應時間才能恢復正常產(chǎn)電;反復更換底物,可能會導致MFC的產(chǎn)電性能降低。在實際應用中,應注意減小底物