当前的世界环境

介绍

随着人口的增加，能源的需求和消散的废物量随着越来越多的增加。各种研究的年度估计表明，印度的MSW代在40吨和55吨之间。¹随着废物产生的增加，废物产生的组成也有所变化。²最近IPCC 2007报告显示，由于米饭垃圾，南亚产生的最大甲烷（25倍GMP）。微生物燃料电池（MFCS）技术对废物修复和可再生能源引起的可再生能源产生了充足的未来，与常规方法相比，在MFC中产生较少的污泥。可以从不同的有机物等电力等电力产生，例如脂肪酸，蛋白质，废水和碳水化合物等，并省略气体处理。可以产生优雅的能量，这有助于补偿成本。^3.

目标

发展固体废物发电的概念，使用可在不同条件/基质下并行运行的单室和多室mfc。

微生物燃料电池

微生物燃料电池(mfc)是一种新兴技术，可支持从废物中产生可再生能源。mfc的性能取决于体系结构、内阻、阳极上细菌的种类和数量、有机物的类型、介质的化学特性(pH、溶液电导率和化学浓度)和电极表面特性。综合上述参数，由于嗜酸细菌呼吸酶与阴极反应物之间的氧化还原电位，单MFC产生的最大工作电压为0.3-0.7 V(理论上以空气为阴极电解质时为1.23V)，产电受到限制。^4.

典型的mfc有两个腔室，其中一个腔室中有阳极，另一个腔室中有阴极电极。^5.阳极侧的电子给体，通常氢或甲醇在阳极表面上氧化，导致电子和阳离子的积累。由阳极捕获的电子产生电路中的电流。电路上的电位差是反应的主动力。然后阳极阳离子通过选择性膜穿过电池阴极侧，以便通过电子传送的电荷水平。^6.在一些细胞中，在工艺期间发生从阴极到阳极的阴离子偏移。当通过电子氧化的阴极时，由于阳极上的第二步骤期间，由于氧化还原反应而产生的功率，并且需要氧化的电子受体。

mfc电池机制

在厌氧过程中，燃料的氧化速率随着催化剂的增加而增加。随着生物生长速率的增加，氧化速率增加，处理废水的时间也随之减少。无论在阳极产生的电子数量是多少，都会通过一个外部负载电路传递，该电路对阴极有电阻。而质子则通过质子交换膜或质子透膜(PEM)扩散到阴极侧，在阴极侧，还原的氧通过催化反应转化为水，如式1所示。^7.

(CH₂o）n + nh₂o NCO₂+ 4ne- + 4nH+(阳极氧化反应)
+ e + h + O₂2h₂O(阴极还原反应)

式1:还原氧经催化反应转化为水

通过微生物发酵，可以从固体废物和废水中的有机生物质中获得一系列的生物燃料和相关的生物产品。^8、9考虑到葡萄糖作为生物质材料的主要建筑物质量，可以比较对生物乙醇，沼气（CO）生物 - 乙醇的化学计量反应进行比较₂和ch._4.)和氢气，整个反应在微生物燃料电池中进行(如式2所示):

生物乙醇

C_6.H_12.O._6.-----------------------→2C.₂H_5.OH + 2CO.₂

沼气

C6H._12.O._6.---------------------→3ch._4.+ 3CO.₂

氢气

C_6.H_12.O._6.+ 6 H₂o ------------------→H₂+ 6有限公司₂

微生物燃料电池

C_6.H_12.O._6.+ 6 o₂---------------------------------6H.₂O + 6有限公司₂

等式2：化学计量反应对生产生物乙醇，沼气（CO₂和ch._4.)和氢与MFC。

该研究表明，在较薄膜系统中，获得的最大功率密度为494 mW / m²而在有PEM的电池中，它是262 mW/m²。^10.FAN等人（2007）表明，阳极和阴极的分离通过两层J布而不是PEM;导致更多的额外离子抗性，降低氧气扩散到MFC，这反过来导致功率产生的急剧增加。^{11、12、13所示}

MFC的电源密度

MFC电力密度的文献主要取决于所用的燃料类型，所使用的反应堆类型及其配置如表1所示。

表1:不同类型微生物、基质和阳极的功率密度比较

表2：MFC中使用的不同调解器

框架

固体废物：特征

方案1 点击此处查看计划

补救的决心

方案2 点击此处查看计划

单室mfc发电及COD去除性能分析:案例研究

使用玻璃框架开发单个室MFCs，长度为120cm，长度为60cm，高度，高度为60厘米。将阳极和阴极安装在腔室内并用气密材料填充。最初用一升水拍摄10公斤收集的市政废物。用初始COD 1660mg / g，用约7.8kg可生物降解的废物供给单个室MFC。从Graph1开始，观察到，随着实验的继续，电压读数最初是低的，但随着实验的改善。这是因为通过在电极上形成的生物膜氧化有机物。在第10天后，注意到电压产生的增加0.82V。MFC中的电压几乎稳定在未来20天。电压的增加表明细菌沉降到结构化生物膜中。在第30天之后，将在第65天注意到电压略微降低。在第95天，电压保持恒定在0.6V。

图1:用于城市生活垃圾发电的单室MFC概述 和鳕鱼去除性能。 点击此处查看数字

在过去的几天内，电压显着降低并降至0V。MFC持续109天，峰值电压为0.86V，平均为0.6V。MFC显示稳定的性能约为66天。顶部电池下方6厘米的平均功率为1.071x10^-7W和6厘米高于MFC中获得的细胞平均功率的底部为1.87373x10^-7W.即阳极产生的能量，放置在电池顶部的阳极高于放置在电池底部的阳极，这表明阳极的放置在电能的生产中起着关键作用。在即将到来的60天内每天测量发电和鳕鱼。结果表明发电随时间的增加，16天后达到峰值，继续达到40天。与生成平行，鳕鱼被持续观察到。

图2：发电和鳕鱼去除 单腔MFC 点击此处查看数字

结论

MFC设计需要改进，才能使产品上市。扩大这一进程的问题仍然是关键问题。虽然我们还无法掌握全面、高效的mfc，但这项技术前景可观，工程师和科学家无疑将克服重大障碍。对环境问题的日益增长的压力和对可再生能源的需求将满足未来的需求。此外，该技术的发展，很快导致其成功实施在废水处理和能源生产的实际目的。

因此，本研究的目的是研究单室MFC在实验室的发电和COD去除预形成分析。制备了一种具有阳极和阴极的小型MFC。将城市垃圾和适量的水一起用于细胞。每天测定发电量和COD去除率。结果表明，除COD外，还能有效发电。观察到阳极电极网络良好，即阳极与衬底接触良好，可在一定程度上降低损耗。保持合适的环境条件，如DO，温度和pH值，可以帮助优化这些细胞的产量。这项研究将有助于未来可再生能源的生产以及可持续的废物管理。

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