污水管道充当双室MFC分割材料的研究

袁晓东 高云霞 王璐璐

摘要：本文主要研究的是基于A/O工艺的MFC在处理生活当中，以装载自身污水的管道为双室MFC分割材料时，对阴极室在曝气过程中向阳极室扩散的氧气量和电池内阻的影响，通过菲克定律和欧姆定律推算出，氧气扩散的最大量和管道欧姆电阻之间成反比的关系。得出只要MFC的阳极室容积越大，氧气扩散对阳极室的DO改变量越小，甚至可以忽略不计。

关键词：管道;分割材料;MFC

当阴阳两室间的分割材料采用装载自身室内溶液的管道时，此时的管道不仅有充当分割材料的作用（隔绝阴极室的溶解氧向阳极室的扩散作用），也可充当连接阴阳两室间的污水通道的作用。由于MFC阴阳两室的在本论文中处理的是污水，有时称此管道为污水管道。同时在电池部分运行正常的情况下，通过内部电场力的做功，可以将阴极室产生的硝酸氮自动回流至阳极室进行生物反硝化，从而节省通回路1系统回流硝酸氮的运行能耗。

1.以污水管道为双室MFC间分割材料的研究

1.1分割材料为污水管道时对阴阳两室氧气扩散的影响

我们知道氧气不易溶入水，且氧气在水中的自由扩散速度是在空气中的万分之一，薄层的水膜就可以隔绝氧气的扩散。根据菲克A.FICK第一定律可知，

1.2分割材料为污水管道时对电池内阻的影响

电池内部的欧姆电阻主要是污水溶液的电阻，如果采用污水管道为双室分割材料，污水管段的欧姆电阻也是电池内阻的一部分。有欧姆定律可知，污水管道的电阻值R大小与电极垂直方向的截面积A成反比，与电极之间的距离L成正比。

2结论

理论上可说阳极室容积越大，管道越小，采用污水管道为分割材料时阳极室受阴极室氧气扩散的影响越小。但如要考虑到电池内阻的话，则需要综合的分析。如本实验前期采用的是管道半径为0.5cm，管长为2.5cm。其每天由阴极室向阳极室扩散的最大氧气质量为0.00054mg/d，阳极室的容积为120mL左右，由于氧气扩散对阳极室溶解氧的增加量为0.0045mg/L/d，由于所有前提假设条件都选取的最不利值，所以实际扩散值远远小于此值。相对于阳极室本身初涉溶解氧条件来说，在阳极室HRT<15天时可以忽略不计。此前采用的HRT为5天是满足氧气扩散值可忽略不计的条件的。相反的如果氧气扩散对阳极室溶解氧浓度的改变量较大时，就会破坏阳极室的厌氧条件，影响到阳极室的厌氧反硝化和水解发电的性能。

通过公式1-5可以看到氧气扩散质量m和污水管道欧姆电阻之间是反比例关系。电池内阻太大就会影响MFC的对外供电性能。污水管道的欧姆电阻作为内阻的一部分，污水管道欧姆电阻越大，电池的内阻就越大;在总电动势不變的情况下，内阻越大，会导致内阻分压越大，电池内耗越大，而对外供电的能力越差。

参考文献：

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（作者单位：河北建筑工程学院市政与环境工程学院）