煉油廢水微生物燃料電池啟動及影響因素郭璇詹亞力12郭紹輝閻光緒孫素秀趙麗杰耿榮妹（中國石油大學（北京）化工學院，北京102249）去除率（81.8±3）%；利用廢水中存在的原生菌即可啟動電池，但啟動期長，外加接種液可快速啟動電池；啟動時外接電阻的大小對電池穩定運行后的輸出功率有明顯影響，對電池內阻影響相對較小，當啟動外接電阻為2000ft，電池輸出功率最大，為288mW/m3；隨陽極溶液電導率電池增大，電池內阻降低，輸出功率升高；pH值變化對電池陽極電勢影響較大，進而影響電池輸出，當溶液pH為9時，電池輸出電壓最大（388mV），pH過高或過低均不利于電池產電；隨著緩沖強度的增大，電池輸出電壓增大，且PBS緩沖強度的增大可從電導率增大和改善質子傳遞條件兩方面提高電池的輸出功率。

煉油廢水主要來源于石油煉制企業生產裝置的油水分離過程以及油品、設備的洗滌、沖洗過程m，常采用“隔油-孚選-生化”系列工藝處理，其中生化處理是煉油污水處理達標排放的重要環節。一般煉油廢水均呈堿性且具有難降解、電導率低、可生化性差、營養元素貧乏等特性，微生物毒害作用強，給生化處理工藝造成巨大負擔。在生化處理階段，必須嚴格控制pH值、鹽度等工藝運行參數，才能確保反應器正常運行以達到較好的廢水處理效果。

種利用微生物為廉價催化劑，在廢水凈化的同時，直接將其中的化學能轉變為電能輸出的裝置。面對能源短缺與環境污染日益嚴重的現狀，MFCs因其同步廢水處理與產電的特性引起社會各界的廣泛關注23.迄今為止，微生物燃料電池研究大多以生物質廢水及單一工業有機物模擬廢水為碳源，針對實際工業廢水的研究較少89，而以煉油廢水為碳源的研究在國內尚未見報道。

因此，本文嘗試以微生物燃料電池處理煉廠實際含油廢水，對影響電池啟動和運行性能的基本因素進行考察，如接種液、外電阻、電導率、pH值、緩沖強度等，為以微生物燃料電池技術改造煉油廢水處理工藝奠定基礎。

1.陰極室與陽極室均為玻璃試劑瓶，兩室之間以法蘭盤連接密封，中間夾有質子交換膜（Nafion117），體積均為400mL.陽極室以石墨棒（0.6cmX極，內充活性炭顆粒（平均粒徑0.5~2.0mm，孔隙率0.44）為填料，以膠塞密封保持厭氧環境；陰極室以石墨片（0.5cmX2.5cmX17cm）作為電極接收電子，陰極電解液為20mmol/L的Fe（m）-EDTA體系110，同時連續曝氣以保持溶解氧濃度；若無特別說明，兩電極之間外接電阻為10000.MFC運行環境溫度為30°C.1.2陽極溶液及接種物電池陽極溶液以煉油廢水與PBS緩沖溶液按1：1的比例混合配制，煉油廢水取自燕山石化煉廠浮選段出水，其COD為（45050）mg/L，含油量為（505）mg/L，pH為8.50.5，PBS緩沖溶液參照配制11.混合后的陽極溶液COD為（25040）mg/L，含油量為（171）mg/L，H為7.10.1，使用前，通N230min，以保持厭氧環境。電池接種液為大港石化二沉池泥水混合物。啟動期每100mL陽極液中加入5mL接種液。

1.3測試與計算方法電池外電壓U由瑞博華信號采集系統（8251，RBH）自動記錄存儲。電流密度和單位體積功率密度分別按mS/cm，考察各個電導率下，電池穩定輸出電壓變化，結果如所示。電池輸出電壓隨電導率的增加而增力口，當電導率由1.53mS/cm增加到7.64mS/cm時，電池輸出功率密度由274.56mW/m3增加到365.20mW/m3，增幅33%.為分析電池輸出功率隨電導率增加的原因，在電池穩定運行期間，利用穩態放電法作電流與輸出電壓之間的關系曲線測定電池表觀內阻，結果如所示。在不同的電導率條件下（3.02、。05及7.64mS/cm），電池電流與輸出電壓之間均基本呈直線關系（V=1，相關系數分別為0.997、。999及0.999）。根據電壓與電流間關系，可推出當電池陽極溶液電導率為3.02、。05及7.64mS/cm時，電池內電阻分別為1極溶液電導率增加，微生物燃料電池內阻不斷降低，進而使得電能內耗損失不斷減少，相應電池輸出功率升高，這一。當陽極液pH值在4~12之間時，電池輸出電壓隨pH值的升高先上升后下降，pH值過高或過低都不利于電池產電，當pH值為9時，輸出電壓達到最高，為388mV.這可能是因為pH值為9時，大部分微生物活性較高，比較適宜污染物代謝，而pH值過高或者過低都會抑制微生物的活性。

為進一步考察pH值對電池性能的影響，分別在陽極溶液pH值為4、9、12的條件下，利用穩態放電法作電極電勢隨電流密度變化關系，如所示。

結果表明，在不同陽極pH條件下，電池陰極電勢變化基本致，而陽極電勢變化差別較大。對陽極電勢進行擬合得陽極電勢隨電流密度的變化梯度，當pH值為9時，陽極電勢變化梯度最小為0.0367mV；pH值為4或12時，陽極電勢變化梯度均較高，分別為0.0404mVmA/m）及0.0428mV/（mA/m）。由此可知，pH值變化主要影響電池陽極電勢變化，進而影響電池電壓輸出。這可能是因為過高或過低的pH值會抑制微生物電子傳導性能，使電子不能及時傳遞至電極，造成過電位，因此極化現象嚴重。

2.6緩沖強度對電池性能的影響為考察營養液緩沖強度對MFC產電性能的影響，當外接電阻為1000n時，分別配制50、00及200mmol/L的PBS緩沖營養液與煉油廢水以1：1的體積比混合均勻后作為電池陽極液，待電池穩定運行后，記錄電壓輸出數據。同步進行對照。對照組電池輸出電壓最低，僅為290mV；當PBS強度從0mmol/L提高到200mmol/L時，電池輸出電壓由290mV增加到410mV，提高了41.4%.進一步利用NaCl將上述每組電池陽極溶液電導率調平，重復進行。對照組電池輸出電壓仍最低，僅為379mV；當PBS強度從0mmol/L提高到200mmol/L時，電池輸出電壓由379mV增加到431mV，僅提高了13.7%，僅為電導率未調平時增幅的1/3.而當個PBS緩沖液電導率調平后，隨著PBS緩0PBS強度與MFC輸出電壓關系圖Fig.沖強度的升高，電池輸出電壓仍會增加。由此可知，PBS的加入導致電池輸出電壓升高，不僅有PBS增加附帶電導率升高的原因15，也有PBS的加入能夠促進溶液中質子傳遞和穩定電極周圍pH的原因16‘17.3結論綜上所述，微生物燃料電池可有效利用煉油廢水為碳源產電，同時去除廢水中的石油類化合物，進而降低溶液COD；陽極加入接種液會加快電池的啟動；啟動時外接電阻的大小對電池穩定運行期的輸出功率影響較大，但對電池內阻較小；當電池穩定運行期間，隨陽極溶液電導率的升高電池內阻降低，輸出功率增大；pH值為9時，電池性能最佳，過高或過低的pH值均可抑制微生物活性而降低電池電壓輸出，且pH值對電池陽極電勢影響較大；隨陽極溶液緩沖強度的增加，電池輸出功率會持續增大，不僅因為PBS增加附帶電導率升高，也因為PBS的加入可促進溶液中質子傳遞并穩定電極周圍pH.