利用光微生物燃料电池实现养猪废水资源化利用研究

仉连平

甘肃省畜牧兽医研究所，甘肃平凉 744000

关键字：微生物燃料电池；光合细菌；微藻；养猪废水

制作微生物燃料电池是一种污水回用的技术，具有污泥产量低的特点，可用于猪场废水、食品加工废水以及垃圾渗滤液的处理。光合微生物在微生物燃料电池领域的应用产生了光合微生物燃料电池（photofcs），它可以将污染物的化学能转化为电能，同时将光能转化为电能，因此越来越受到人们的重视。

1 材料与方法

本试验所用的猪场废水来自厦门市郊的猪场。混合废水由猪粪和猪场冲洗水组成。阳极室和阴极室的体积为135 cm3，阳极碳毡的表面积为16 cm2（4 cm×4 cm）。阴极室和阳极室用质子交换膜隔开。底部和顶部在入口和出口处标有单元，外部电阻为1 000 Ω，外部电路通过电线连接到电极上。MFCs 输出电压由数据采集器每5 min 采集一次，微藻A8 为阴极微生物；光MFCs 启动阶段人工废水为阳极溶液，阴极液体为BG11 介质。

2 结果与讨论

2.1 氮源及氮磷浓度对Photo-MFCs 阴极微藻生长的影响

阴极微藻具有良好的生物活性。A8 不仅可以使用无机氮（硝酸盐和氨氮），还可以使用有机氮（尿素），以适应较高的氮浓度。磷是微藻生长中最基本的营养元素[1]。显著性分析表明，随着氮磷浓度的增加，微藻的生长速度加快，但在本试验设定的氮磷浓度范围内，氮磷浓度增加到一定值对生长没有显著影响。

2.2 光对光合细菌潜能的影响

在黑暗中，从0 开始。反应器在光照条件下运行，阳极溶液的玫瑰色逐渐加深。光照下OCP 降至-0.6 v（vs.ag/agcl）相对稳定，说明光合细菌在光照和黑暗条件下有不同的代谢模式和电子传递途径。

2.3 基于猪场废水的光MFCs 发电特性

当废水被添加时，微生物所需的营养被补充，并出现一个良好的生产阶段。随着废水中有机物的降解，电压逐渐降低[2]。以人工废水和猪场废水为阳极构建的光学MFC 的发电曲线略有不同。光MFCs 的输出电压约为207 mv。两次循环后，用猪粪水代替阳极，电池输出电压降低到184 mv。可能是猪场废水成分比较复杂，对阳极微生物的生长有负面影响，导致电池输出电压降至161 mv，之后趋于稳定。

2.4 Photo-MFCs 处理养猪废水

经光MFCs 阳极和阴极处理后，废水中COD、氨氮和总磷的去除率较高[3]。一个运行周期（hrt 4 d）后，猪场废水阳极平均COD 去除率为70%。氨氮平均去除率为46%。但对磷的去除率仅为16%。微藻处理后，磷浓度降至9%。总去除率为81.7%。COD 和氨氮的总去除率为91%。经阳光合细菌和阴极微藻处理后，猪场废水透明，浊度明显降低，臭味基本消失，但出水呈棕黄色[4]。

3 结语

该电池以含醋酸钠的人工废水和猪场废水为基础，输出电压稳定在161 mv。所构建的光电池可以利用猪场废水发电，达到净水效果。经阳极和阴极处理后，猪场废水的COD 去除率为91%。氨氮去除率为90.2%。除磷率为81.7%，除臭效果好。微藻A8 在光合细菌处理猪场废水时生长良好，培养16 d 后OD 680 值为3。这比两倍稀释猪场废水好，微藻在两倍稀释的猪场废水中难以生长。