為了使發(fā)酵沼液得到減量化、無害化處理及能源化利用,該研究構(gòu)建了以玉米秸稈發(fā)酵沼液為陽極底物的雙室微生物燃料電池（microbial fuel cell,MFC）。通過對比不同濃度沼液MFC產(chǎn)電特性、化學需氧量（chemical oxygen demand,COD）去除率及庫倫效率等探究MFC對玉米秸稈沼液的降解效果及其能量回收效率。結(jié)果表明,玉米秸稈沼液MFC能夠正常啟動,并且能夠長時間運行產(chǎn)生電流。當初始COD質(zhì)量濃度為（3618.6±55.6）mg/L時,其最大功率密度為203.4 mW/m2,COD去除率可達63%;并隨著沼液中有機物濃度降低,MFC運行穩(wěn)定性下降,最大輸出功率密度成線性降低。通過對原料及陽極溶液和陽極生物膜菌群結(jié)構(gòu)分析可知,以玉米秸稈發(fā)酵沼液為陽極底物的MFC菌群結(jié)構(gòu)合理,MFC可以利用沼液中的水解細菌分解陽極溶液中的纖維素等大分子物質(zhì),主要以Clostridia、Flavobacteria和Bacteroidia菌綱為主;同時陽極生物膜可以富集接種物中的產(chǎn)電細菌,分解小分子有機物產(chǎn)生電能,2類微生物可以互利共生,避免了沼液MFC的高濃度抑制。該研究表明,MFC... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2019,35(09)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

不同濃度沼液MFC啟動階段的電壓隨時間變化Fig.1StartvoltageoutputofMFCswithdifferentconcentration

農(nóng)業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2019年20894℃30s，45℃20s，65℃30s進行5個循環(huán)；94℃20s，55℃20s，72℃30s進行20個循環(huán)；72℃5min。第2輪擴增引入Illumina橋式PCR兼容引物，其反應(yīng)條件為95℃30s；95℃15s，55℃15s，72℃30s進行5個循環(huán)；72℃5min。在25μLPCR產(chǎn)物中加入體積6/10的磁珠（AgencourtAMPureXP，Beckman，美國）進行純化，并利用Qubit2.0DNA檢測試劑盒（Life，美國）對回收純化后DNA精確定量，以方便按照1:1的等量混合后測序。最后將純化混合后樣品置于IlluminaMiSeq平臺進行測序，最后利用Prinseq等軟件和RDP數(shù)據(jù)庫（http://rdp.cme.msu.edu/misc/resources.jsp）、Silva數(shù)據(jù)庫（http://www.arb-silva.de/）等分析所得測序原始數(shù)據(jù)。2結(jié)果與分析2.1不同COD濃度沼液對MFC性能影響規(guī)律研究2.1.1不同濃度沼液MFC產(chǎn)電規(guī)律在MFC系統(tǒng)穩(wěn)定運行之前，需要經(jīng)過啟動的過程，這一階段，是陽極底物中微生物群落在電池陽極定向選擇與富集的過程，啟動階段的電壓如圖1所示。在MFC未正常啟動時，其輸出電壓在一定時間范圍內(nèi)，保持較低水平。在接種運行75h后，以原沼液和稀釋2倍沼液為陽極底物的MFC的輸出電壓開始穩(wěn)步上升，在運行125h后，其輸出電壓達到最大，隨后稍有降低后，保持基本穩(wěn)定，分別為(302±29)、(232±18)mV。以稀釋4倍沼液為陽極底物的MFC，在接種運行100h左右，其輸出電壓開始逐漸上升，大約在運行125h后其輸出電壓達到最大并保持穩(wěn)定，為(112±10)mV。而以稀釋8

第9期王芳等：沼液微生物燃料電池的產(chǎn)電及有機物降解特性研究209a.功率密度曲線a.Curvesofpowerdensityb.極化曲線b.Curvesofpolarization圖3不同濃度沼液MFC功率密度曲線和極化曲線Fig.3PowerdensityandpolarizationcurvesofMFCswithdifferentconcentrationbiogasslurry圖4玉米秸稈沼液濃度與最大功率密度的關(guān)系Fig.4Relationshipbetweenbiogasslurryconcentrationsandmaximumpowerdensity表2不同濃度沼液MFC極化曲線線性擬合結(jié)果Table2PolarizationcurvefittingresultsofMFCswithdifferentconcentrationbiogasslurry樣品SamplesCOD質(zhì)量濃度CODconcentration/(mg·L-1)擬合直線Fittingline內(nèi)阻Internalresistance/ΩR2原沼液Originalbiogasslurry3618±56y=-0.6528x+749.772610.907稀釋2倍Diluteddouble1809±28y=-1.7261x+655.706900.995稀釋4倍Dilutedfourfold905±14y=-3.1974x+680.4212790.995稀釋8倍Dilutedeightfold452±7y=-4.5551x+264.6218220.880注：x與y分別代表電流密度與電壓值。Note:xandyrefertothecurrentdensityandvoltage,respectively.MFC，其內(nèi)阻為53～150Ω，致使本試驗所得功率密度略低于該研究。但本研究MFC內(nèi)阻要遠低于曹琳等[21]報道的以牛糞發(fā)酵沼液為陽極底物的單室無膜空氣陰極MFC，其最大功率密度為10.98mW/m2，遠低于本研究。2.1.2不同濃度沼液MFC有機物降解規(guī)律與庫倫效率從不同濃度沼液MFCCOD去除率及庫倫效率變化情況（表3）看，COD去除率隨著稀釋倍數(shù)的增加而減小，除稀釋8倍沼液外，CE隨著稀釋倍數(shù)的增加而逐漸增加，其原因為，從外電路電壓輸出情況看，以稀釋8倍沼液

【參考文獻】：
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本文編號：3215320