尿液微生物燃料电池

bxj2009

具有电化学活性的微生物是自然界存在的一类功能性微生物，能够与电极之间发生直接或间接的电子传递过程，人们对其在环境中的广泛性及其在生物能源中的应用正在开展广泛的研究。尿液是市政污水中氮、磷与COD的主要来源，将尿液从污水系统中分离单独处理可以缓解城市污水处理厂有机物、营养素的超负荷难题。在过去的10-15年间，尿液源分离研究工作已大量开展。尿液源分离厕所已获得推广，已有多项技术可处理源分尿液，但目前为止，主要集中于作为肥料的使用或鸟粪石等产品的生产，只有少数研究关注从尿液的能源回收。以源分离的尿液为底物，研究了尿液微生物燃料电池的产电特征及其对污染物的去除效果，并进一步考察了影响系统产电性能的因素。结果显示：在近一年的试验过程中，伴随有机物和总氮的减少，系统可保持长期稳定的功率输出。COD和总氮的最高去除率为92.9%和65.6%，系统最大输出功率为388.2mW/m2，这也是迄今尿液微生物燃料电池所获得的最高功率。基于高通量测序技术，对于运行前后的尿液微生物燃料电池阳极碳毡表面所做的菌群分析，结果显示尿液微生物燃料电池中的菌群具有丰富的多样性，且随着处理对象和外界条件的改变，微生物菌群种类和数量出现变化。在尿液MFC-1中占据主导地位的是具有降解有机物作用的Bacteroides的和电化学作用的Arcobacte，正是这两类菌属的协同作用驱动尿液MFC-1获得高效的产电特征与污染物的去除效果。氨氮积累、微生物淤积以及尿液中的物质沉淀等是影响尿液微生物燃料电池性能的主要因素。 研究结果表明，尿液微生物燃料电池高效地实现了在污染物去除的同时获得高输出功率，体系中Arcobacter是一种新型的胞外产电菌，其强电化学作用可利用在生物电能的获得过程中。 本研究对尿液微生物燃料电池运行过程中产电性能和污染物去除进行了较为详细的阐述，拓展了人们对于尿液资源化利用的认知，可以为以后的扩大应用提供信息支持。