摘要：構(gòu)建一種新型三室微生物脫鹽電池(MDC),研究其脫鹽產(chǎn)電并同步處理污染廢水的效果。結(jié)果表明,陽(yáng)極室為葡萄糖溶液,中間室鹽溶液濃度5 g/L,陰極室為鐵氰化鉀溶液,閉合體系瞬時(shí)獲得最高電壓650 mV,同時(shí)脫鹽效果良好,該MDC成功啟動(dòng)。

其后,陰極室以重金屬鉻(200 mg/L)廢水作為電子受體,中間室初始鹽濃度為20 g/L、35 g/L,Cr(Ⅵ)平均還原率分別為1.06 mg/(L•h)和0.64 mg/(L•h),兩者Cr(Ⅵ)的去除率均能達(dá)到80%以上,脫鹽率分別為81.64%(20 g/L)和88.95%(35 g/L)。中間室鹽濃度20 g/L時(shí),獲得最大輸出電壓466.6 mV,最大體積功率密度98.6 mW/m3,最佳內(nèi)阻655.8 Ω,庫(kù)侖效率1.16%。表明該MDC系統(tǒng)具有良好的脫鹽效果和處理廢水效果。

我國(guó)海洋資源豐富，而淡水資源匱乏。海水淡化技術(shù)作為獲得淡水資源的有效方法之一，越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注，但是目前主要的脫鹽技術(shù)如多級(jí)閃蒸、低溫多效蒸餾和反滲透等均屬于能源密集型，都需要耗費(fèi)大量能量。雖然可再生能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)帷⑿滦湍さ陌l(fā)展已降低了能源的消耗'，但仍需要能源的輸入，如反滲透體系脫鹽最低還需要2.0kwh/m3的能量。

微生物燃料電池（MFC）作為一種生物電化學(xué)體系，可以直接利用污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電能而不需要額外介質(zhì)，并同時(shí)處理污水。一種新型生物電化學(xué)體系微生物脫鹽電池（MDC）被用于產(chǎn)電和淡化鹽水，該脫鹽體系基于微生物燃料電池由陽(yáng)極室、中間室和陰極室構(gòu)成，中間室進(jìn)行鹽水的淡化而不需要額外的能量輸入或是高的滲透壓。

該MDC系統(tǒng)的工作原理為陽(yáng)極室底物在微生物的作用下被氧化，產(chǎn)生電子、質(zhì)子及代謝產(chǎn)物，電子經(jīng)由外電路到達(dá)陰極；產(chǎn)生的質(zhì)子被貼近陽(yáng)極的陰離子交換膜阻擋不能遷移至陰極室，陽(yáng)極室電荷由此失衡，為維持電荷平衡，中間室的陰離子就會(huì)通過(guò)陰離子交換膜到達(dá)陽(yáng)極。另一方面電子經(jīng)由外電路到達(dá)陰極會(huì)消耗陰極室的正離子，當(dāng)陰極室的正離子被消耗盡，中間室的正離子就會(huì)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜到達(dá)陰極，以維持電荷的平衡。這樣在無(wú)任何外界能量輸入的情況下，中間室的鹽水被淡化。

重金屬污染尤其是鉻污染作為最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，已引起人們的廣泛關(guān)注。鉻在自然界中主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻形態(tài)存在，其中六價(jià)鉻毒性最大。目前，國(guó)內(nèi)外處理鉻廢水最常用的是化學(xué)還原和電化學(xué)還原方法，但存在一些耗費(fèi)高或是后續(xù)處理要求高的問(wèn)題。

MDC脫鹽產(chǎn)電，通常陰極采用氧氣、鐵氰化鉀作為電子受體，而這可能僅僅起到連接電路的作用。MFC處理重金屬鉻廢水是一種低能耗、有前途的技術(shù)，MDC是在MFC基礎(chǔ)上構(gòu)建，設(shè)想MDC在產(chǎn)電脫鹽同時(shí)其陰極也可用于處理污染廢水，實(shí)現(xiàn)以廢治廢，在減少M(fèi)DC運(yùn)作成本的同時(shí)帶來(lái)一定的環(huán)境效益。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

因此，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并啟動(dòng)一個(gè)MDC擴(kuò)大模型（陽(yáng)極室、中間脫鹽室和陰極室內(nèi)部容積分別為430、120和430mL）探討其脫鹽同時(shí)對(duì)污染廢水如重金屬鉻廢水的處理效果。

1實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1MDC的構(gòu)建

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