微生物燃料電池(MFC)是一種利用微生物的催化效應,將有機物的化學能直接轉換為電能的系統。利用微生物在陽極做催化劑,在降解各種有機廢物的過程中,產生電子和質子,電子通過外電路導入到生物陰極,質子遷移通過離子交換膜到達陰極室,在陰極室電子受體與電子結合發生還原反應,同時產生電能。
KUNTKE等首次驗證了MFC用于處理富氨廢水,回收氨氮和產電的可行性,陰極NH3-N的質量濃度高達4g/L。隨后,KUNTKE等開發了MFC(空氣陰極)對實際尿液進行氨回收以及能量產出的研究,在電流密度為O.5A/m2下,氨回收率為3.29g/(m2·d)產生的能量為3.46kj/g,證實了從尿液中回收氨以及產電的可行性。
養殖廢水具有高COD和高氨氮、SS含量的特點,常規的處理技術存在較高的運營成本,而其中的氨氮卻可以作為能源進行回收。MN等首次將養殖廢水引入MFC中,構建雙室MFC(液相陰極),進水可溶性COD為(8.32+0.19)g/L情況下,能夠產生的功率密度最大為45mW/m2;隨后搭建單室空氣陰極MFC,NH3-N的質量濃度從(198±1)mg/L降至(34±1)。Kim等采用單室和雙室MFC研究了從豬廢水中氨的遷移轉化機制,結果表明,氨的去除是陰極高的pH導致銨根轉化成氨氣逸出的:對于空氣陰極單室MFC,在啟動5d后氨去除效率可達60%,在以鐵氯化物作為陰極電解質的雙室MFC,啟動13d氨的去除率達到69%。
厭氧消化可將有機物轉化為沼氣,在有機廢物處理方面有著廣泛的應用,但是,由于高含量的氨氮對產甲烷菌具有毒害效應,在厭氧消化中過量NH3的存在會導致反應系統的不穩定。有學者采用MFC與厭氧消化過程耦合,對養豬廢水厭氧消化液進行處理,研究表明,在AD過程中,COD去除率可達80.5%,氨氮去除率僅為5.8%,導致COD/p(TAN)降為3,隨后,采用MFC對消化液進行處理,75%的TAN被去除,體系COD/p(TAN)增加到8.1,同時MFC對COD也進一步去除。(作者:邢亞杰)


