【正文】 成熟，電池產(chǎn)電穩(wěn)定以后分別考察了陰極正常運行期、陰極加藻期、陰極換載鉑電極期、陰極持續(xù)光照期這四個不同周期運行條件下該 MFC 的產(chǎn)電情況、陰極小球藻的生長情況、陰極溶氧情況及陽極人工廢水的COD 處理情況，得出主要結(jié)論如下： （1）當陰極投加小球藻后，MFC 的輸出電壓呈現(xiàn) “光升暗降”的規(guī)律波動，光階段的平均輸出電壓及最大輸出電壓分別為 、 ，分別為陰極正常運行期時的 倍和 倍，有了明顯的提高；陰極換載鉑電極后輸出電壓變化規(guī)律同陰極加藻期，但是產(chǎn)電水平較之有了更大幅度的提高，光階段平均輸出電壓為 460mv，最大輸出電壓為 ，分別為陰極加藻期的 倍和 倍；陰極持續(xù)光照后產(chǎn)電不再出現(xiàn) “光升暗降”的變化規(guī)律，而是緩慢持續(xù)下降，最大輸出電壓為 。表 31 各周期陽極人工廢水的 COD 處理率Figure 31 Anode of the cycle of artificial wastewater treatment rate of COD運行周期 內(nèi)阻（Ω）最大功率密度（mW/ ㎡）處理天數(shù) COD 處理率南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文18正常運行期 18 %陰極加藻期 12 %陰極換載鉑電極期 12 %陰極持續(xù)光照期 10 % 各周期陰極溶氧的變化情況如圖 33 為 MFC 陰極正常運行期的陰極溶氧的變化情況，隨著反應(yīng)的進行，陰極溶氧呈持續(xù)下降趨勢，由初始 ；由圖 34 可知，當陰極添加小球藻后溶氧亦呈現(xiàn)明顯的“光升暗降”趨勢，光階段溶氧最高達 ，暗階段時則溶氧迅速降低，溶氧最低水平達 ，電壓變化與溶氧變化趨勢基本一致，說明陰極溶氧是影響電壓變化的主要因素，后期表現(xiàn)出溶氧水平較高但電壓水平較低，則是因為陽極底物消耗的原因所致；由圖 35 可以看出，當陰極更換載鉑電極以后，溶氧與電壓的變化較陰極加藻期基本一致，同樣出現(xiàn)“光升暗降”現(xiàn)象，光階段溶氧最高達，暗階段時溶氧最低水平達 ，與陰極加藻期相差不大；如圖 36，當陰極由光暗間歇培養(yǎng)變?yōu)槌掷m(xù)光照培養(yǎng)時，溶氧值較波動，但溶氧的平均水平較穩(wěn)定，大約為 。實驗說明，將小球藻放至 MFC 的陰極室進行培養(yǎng)，并不會對其造成毒害，小球藻生長情況良好。南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文16010203040501020304050電壓(mV)運 行 時 間 (h) 正 常 運 行 期陰 極 加 藻 期 陰 極 換 載 鉑 電 極 期持 續(xù) 光 照 期圖 31 各周期輸出電壓的情況Figure31 The cycle of the output voltages 各周期陰極藻的生長情況如圖 32 所示，陰極加藻期和陰極換載鉑電極期小球藻的生長均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，分析原因為陰極剛加入小球藻時，陰極電極碳氈或載鉑碳紙會對小球藻有所吸附，因此導致初期溶液中的小球藻數(shù)量有所降低，隨著反應(yīng)的進行，陰極電極上小球藻的吸附達到飽和，同時溶液中的小球藻亦開始生長，所以后期小球藻 OD 值開始上升。單面載鉑） ，考察電池的產(chǎn)電情況、陰極藻液的生長及溶氧情況、陽極人工廢水的處理情況；（5）MFC 陰極持續(xù)光照期：待上一周期產(chǎn)電水平開始下降后，更換陽極液，更換陰極藻液（初始 OD=） ，將陰極藻的間歇光暗培養(yǎng)改為持續(xù)光照，考察電池的產(chǎn)電情況、陰極藻液的生長及溶氧情況、陽極人工廢水的處理情況；第三章 結(jié)果與討論15第三章 結(jié)果與討論 各周期輸出電壓的情況如圖 31 所示為各周期 MFC 的產(chǎn)電情況，當 MFC 陰極正常運行期時，輸出電壓在14h 后達到 90mv，之后電壓繼續(xù)上升至最大輸出電壓 100mv，然后電池平均產(chǎn)電水平維持在 90mv 左右，持續(xù)時間約 244h 左右，接著電池產(chǎn)電水平緩慢下降，在平均電壓為80mv 左右維持了 149h 左右后，電壓開始持續(xù)下降至 50mv 左右；MFC 陰極投加小球藻后，電壓出現(xiàn)明顯的“光升暗降”的規(guī)律波動，即小球藻光照階段電壓上升，暗培養(yǎng)階段電壓下降，分析原因為，在光照階段小球藻進行光合作用釋放氧氣，加快了陰極的氧還原速率，因此產(chǎn)電水平得以提高，而在暗培養(yǎng)階段，小球藻因為呼吸作用需要消耗大量的氧氣，因此陰極液中溶氧水平下降，電池產(chǎn)電被抑制，導致電壓下降。（2）Nafion117 質(zhì)子交換膜的處理 ：使用前在 %H2O2 中煮一小時，然后依次南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文14在蒸餾水、蒸餾水中煮沸一小時后，保存于蒸餾水中備用。 pH 值通過上海盛磁 pH 計測定。 CODout 一反應(yīng)終止時陽極液的 COD，mg/L。MFC 應(yīng)用于廢水處理，因此 MFC 對廢水的處理效果同樣是衡量 MFC 性能的重要參數(shù)。（2） 、功率密度 功率密度 P 為基于陽極面積的功率，單位（ mW/m2)按公式計算：P=UI/A(A 為陽極有效面積） 。7H2O 10mLNa2CO3 10mL微量金屬元素母液 1mL維生素 測定指標及方法（1） 、電壓和電流實驗過程中，微生物燃料電池的電壓由南京賀普 HPXY8B 數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)自動記錄存儲。2H2O 10mLK2HPO45℃）下運行，電池負載 1000 歐，陽極液初始 COD=1000mg/L。MFC 的啟動通過定期更換陽極液來完成，當 MFC 產(chǎn)電降至 50mV 左右視作一個周期結(jié)束，然后更換陽極液再運行一周期，持續(xù)更換陽極液后待某一周期 MFC 產(chǎn)電穩(wěn)定視為啟動結(jié)束，MFC 可進行各因素實驗。2H2O Na2Wo47H2O H3BO3 南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文12MgSO4 3MnSO46H2O CuSO412H 2O CaCl2南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文10圖 21 小球藻生物陰極型微生物燃料電池體系示意圖Figure 21 Chlorella Bio cathode microbial fuel cell system schematic 實驗方法 MFC 的接種及啟動運行實驗以長期運行 MFC 陽極出水及陽極碳氈上附著的生物膜為 MFC 陽極菌種來源，陽極出水接種量為 200mL。南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文8第二章 實驗材料與方法 實驗材料 主要試劑及儀器 主要試劑表 21 實驗主要試劑列表Table21 The main reagents used in the experiments試劑名稱 規(guī)格 生產(chǎn)廠家鹽酸 分析純 AR 上?；瘜W試劑有限公司氯化鈉 分析純 AR 上海中試化工總公司氯化銨 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠磷酸氫二鈉 化學純 CP 汕頭市西隴化工廠氫氧化鈉 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠磷酸二氫鈉 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠氯化鉀 分析純 AR 上海凌峰化學試劑有限公司葡萄糖 分析純 AR 汕頭市西隴化工廠B12 生物試劑 BR 上海市國藥集團化學試劑有限公司VH 生化試劑 BR 上海惠興生化試劑有限公司煙酸 化學純 CP 上?；菖d生化試劑有限公司VB5 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司VB6 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司B2 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司VB1 生化試劑 BR 上?；菖d生化試劑有限公司CaCl2此MFC技術(shù)一旦進入市場化運作，將會對能源和環(huán)境問題的解決帶來不可估量的作用和社會價值。 本課題研究內(nèi)容，目的及意義 本課題研究目的及意義研究已經(jīng)證明，幾乎所有的有機廢水都可以被用來產(chǎn)電，因此MFC技術(shù)可用于一切需要進行有機廢水處理的領(lǐng)域，包括市政污水處理廠和產(chǎn)生高濃度廢水的工業(yè)（例如處理畜牧場或者食品加工廠的廢水等） ，在遠離人群的駐地、工作站、潛艇及極端條件下的封閉和半封閉系統(tǒng)中也具有很好的應(yīng)用前景。在采用污水作為原料的MFC中，通過陽極的微生物修飾，將有效提高電池的輸出功率 [27,28]，同時對MFC反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的不斷改進優(yōu)化，從而提高性能降低生產(chǎn)運行成本，也是目前其發(fā)展改進的一個大趨勢。到目前為止,雖然微生物燃料電池的發(fā)電效率仍然比較低，距離大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用還有相當?shù)木嚯x [26]，但隨著微生物燃料電池技術(shù)在研制和開發(fā)應(yīng)用中取得不斷的進展，相信其作為一種清潔、高效而且性能穩(wěn)定的電源技術(shù)，將逐漸走進正式大型工業(yè)化應(yīng)用階段，使用微生物電池處理污水一方面可以為微生物燃料電池提供一個新的研究方向，另一方面，為處理污水，將無用資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮a(chǎn)能量的有用資源提供了新的發(fā)展方向。為了使人類使用的能源能穩(wěn)定持久的供應(yīng),為了保護地球生態(tài)環(huán)境,近一段時間以來,新能源的研制開發(fā)受到普遍的重視，各國都在加快步伐開發(fā)代替現(xiàn)有能源的清潔能源。南京工業(yè)大學本科畢業(yè)論文6 微生物燃料電池的應(yīng)用前景 隨著社會與經(jīng)濟的不斷發(fā)展,能源消費將逐年增加。首先對小球藻陰極半電池的可行性進行驗證：以亞鐵氰化鉀作為陽極半電池電子供體的條件下構(gòu)建的小球藻生物陰極型MFC，獲得70mv輸出電壓、(以陰極表面積計) 功率密度、( 以干藻重計 )電流輸出；隨后陽極以Saccharomyces cerevisiae(釀酒酵母菌 )發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)乙醇，陰極光合培養(yǎng) Chlorella vulgaris的方式構(gòu)建了一個兩極完全微生物燃料電池， ，分析結(jié)果表明相對于陽極酵母菌的快速生長，陰極小球藻的緩慢生長速率是產(chǎn)電的主要限制因素；以上述研究為基礎(chǔ)，提出了以某生物乙醇制造廠已有發(fā)酵罐作為MFC電池系統(tǒng)的陽極半電池，在其周圍建立小球藻光生物反應(yīng)器陰極半電池的MFC綜合系統(tǒng)項目設(shè)想，并進行了應(yīng)用策劃和經(jīng)濟可行性分析評估。1964年Berk等 [6]已提出這一構(gòu)想并進行研究，最近一些科學家也開始進行此項研究。分析結(jié)果證明正是微藻等光合自養(yǎng)微生物產(chǎn)生的有機物供給了異養(yǎng)微生物的生長及產(chǎn)電，但光合作用的產(chǎn)物O 2也會對異養(yǎng)產(chǎn)電微生物的產(chǎn)電有所抑制。例如沉積型MFC中就存在藻和細菌形成的生物膜，彼此之間形成增效關(guān)系。 藻菌協(xié)同產(chǎn)電方式藻菌協(xié)同產(chǎn)電是光合自養(yǎng)的微藻與異養(yǎng)產(chǎn)電的微生物一起在MFC陽極室中光照培養(yǎng)，微藻光合作用產(chǎn)生的有機物(例如分泌的多糖)供給異養(yǎng)產(chǎn)電微生物進行氧化分解，MFC通過這種藻菌增效的方式進行產(chǎn)電。微藻生物陽極產(chǎn)氫產(chǎn)電MFC 的工業(yè)化瓶頸之一在于貴金屬催化電極（一般為鉑電極）的使用，此種電極成本高且不穩(wěn)定易中毒失活。h(以培養(yǎng)室體積計)。原位產(chǎn)氫產(chǎn)電是直接在陽極室中培養(yǎng)微藻進行產(chǎn)氫，利用電極催化氧化H 2產(chǎn)電；異位產(chǎn)氫產(chǎn)電則是將微藻光合產(chǎn)氫反應(yīng)器與MFC裝置串聯(lián)，各反應(yīng)室條件進行獨立控制。此MFC中H2/H+(電極催化 H2氧化產(chǎn)生H +和電子)承擔了電子介體的作用，將微生物細胞代謝產(chǎn)生