不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响分析

＊江鑫 祝媛媛

（湖北大学知行学院生物与化学工程学院 湖北 430000）

引言

一般而言，要想对污泥进行处理，就需要做对比分析，不同的污泥其处理方式也大为不同，一般测试都会采用单室无膜浮阴极微生物染料电池做对比分析，本文论述的重点就是不同方式预处理污泥对微生物染料电池的影响。

1.不同方式预处理污泥对微生物燃料电池实验

(1)微生物染料电池的构建

本次实验将会采用一种由300ml带有螺栓瓶口改造而成的单室空气阴极反应容器，该容器采用在一边开口的方式，而空气则会作为催化剂和溶液相接触，这个阴极一般来说都会密封在开口的地方，这是为了防止水通过透气层和空气相接触，但是这个容器没有办法作为一个循环存在，所以会采用涂布晾干再进行加热，这是为了可以冷却形成一个重复循环，这样的工序需要进行三次，目的就是为了制造三层挡水怄气层，除了开口侧的隐藏，在另一侧的冷却也需要采用溶液和粉末相融合，这是为了在阳极的时候可以增加表面的面积和性能，一般来说阳极的存储都会采用氧化锡玻璃，这是为了增加面积而使用的，两者会形成一个一比二的体积比，紧接着就是用这些盐酸浸泡两分钟，之后再去晒干，但是晒干之前应该先用离子水清洗，这是为了让铁丝连接到纯铜制作的瓶口架子中，形成一个外电阻为1000Ω的闭合回路。

这个反应器在组装结束之后是需要通过密封性测试的，反应器里面的电路连接，都会用电子仪器进行记录，一般来说，每隔半小时进行一次外阻电压的记录，其中会使用培养基容器进行检测，此外还会使用PBS进行检测，反应器里面有可以作为碳源的乙酸钠，除了这些之外，还需要添加一些微量元素和矿物质元素作为补充，这都是为了让反应器一起来进行，但是有一个更换标准，就是当其持续低压的时候，就需要对反应器里面三分之二的培养液进行更换。

(2)外接物种的来源以及其中的用量

反应器里面的污泥大部分来自于生活水厂，这些厂在排出废水的时候就可以利用一些工艺来对水泥进行分离，例如，利用脱氮除磷这些技术进行深度处理，让排出的污水经过处理之后重新达到国家排放标准。

第二种处理方法就是利用植被对其进行处理。这是一种新型的处理污水方法，在污水厂当中经过厌氮消化反应器，接着再回收后变成初级的曝气，接着再过滤固体废物和砂石，经过沉淀之后，就可以去除水池当中的漂浮物以及污泥，进行曝气处理,再通入浮萍塘本体，这需要经过四十天的沉淀才可以重新进入地表，经过氯气和脱氮处理之后的泥土，已经可以适应当地湿地植被，在进入湿地植被之后就可以利用池中的过滤系统对其进行过滤，从而与系统中的其他微生物产生反应，这是一个比较漫长的过程。这两种不同的工艺处理下的污泥还是含有大量水分，这些水分比例大概为97%-99%之间，在经过不同工艺处理之后还会含有非常多的有机物质和菌群，但是这些都不会对氯气产生不耐受反应，这两种不同情况下取得的污泥将会作为样品放进冰箱冷藏保鲜，为什么要冷藏处理，主要原因就是为了消除其他外界因素的影响，因为长期运输会对这些污泥的活性造成一定程度的下降，为了保证其和采样的时候都是一致的，就需要通过冷藏的形式来维持其活性。

(3)常规的项目处理分析方法

这次的实验是需要在反应器稳定的运行之后才可以使用的，一般都会采取切换电阻的方式来检测反应器的输出功率表，这种切换形式是从高到低。

(4)分子生物分析方法

在反应器运行六十天之后，为了要保证这种运行时的平稳，会采用DNA试剂盒进行收集，这种收集方式是提取阳极表面的一些微生物膜以及接种污泥的基因进行检测。这种检测方式是通过脱脂碳泥胶水来进行检测。这种DNA检测是通过分离光度来进行的，是属于第二代的基因分析方法，该方法的检测速度非常快，只需要十六秒的时间进行。

2.结果以及讨论

(1)不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响

不同的接种物微生物电池的运行情况都是不尽相同的，但是这两种以污泥为接种物的反应器都需要平稳的运行，一般检测的时间只是需要四十个小时，这是比其他国家的检测时间短很多的，其他国家检测的时候都需要超过一百八十个小时，这两种反应器在启动之后都会采用批式的运行模式，这可以保证这些反应器在运行的时候保持平稳，但这需要在电阻电压比较小的时候才可以使用，而且需要对培养基进行更新，每次更新的数量大致为反应器污泥的三分之二，在更换培养基之后，需要对其进行前后的对比，只有采取这样的对比数据，才可以知道不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响。两种不同检测方式采用的反应器都是不一样的，但是在去除率方面都是相同的水平，其中CS反应器可以做到超过55%去除率，比AS去除器略高一点，AS反应器去除的效率大约为49%，这在同等条件下的反应器去除效率中都是属于比较低下的。

(2)不同接种物对于反应器输出功率的影响

一般来说不同的反应器都会有不同的反应效率，大部分反应器出现反应都是六十天后开始慢慢达到顶峰，这和反应器外阻电压类似。CS反应器的所有电压值都是大于AS反应器的，这些电压包括开路电压与输出功率。

(3)不同污泥的微生物菌落对比

要想对接种物的群落进行对比就需要对其进行DNA的提取以及检测，一般来说都会使用一些平台对其进行DNA测序，不同的微生物都会有不同的DNA序列。

(4)不同接种物反应器中微生物菌落的异同

反应器的输出功率都有达到一个巅峰值的时间，在其达到巅峰之后就需要采用干净的刀片将其提取在玻璃上阳极表面的生物膜上，这是为以后提取DNA做准备，在使用检测平台对其进行检测测序之后，就可以减少细小数据带来的干扰，确保检测效果的可靠性。中国和其他国家的污水处理存在非常大的区别，一般要提取的污泥做为接种物的微生物燃料电池都是不一样的，两者之间存在非常大的差异性，这是两种提取方式不同而导致的结果。两种提取方式的具体不同点就是两个反应器中都有不同的拟杆菌门，在两种不同的反应器当中，阳极是其中最好的，但是相比中国的反应器阳极，其他国家的阳极都需要进行大量的提高。

以上的研究都需要从纲领的角度上分析，阳极种群在纲里面，但是其他国家一般会把这些纲减少到六个，这几个纲的反应都是不一样的。一般检测都会分为三个纲进行，每个国家的反应器当中有其特有的菌群，AS反应器当中的细菌会对氯或者脱氮的过程中有一定的忍耐度，这可以保证AS在运行的时候平稳进行，也可以保证其在未经过氯或者脱氮的过程中和污泥进行对比，它的种群属于比较简单的，同时会在其中进行种群间的传递，这可让细菌有效的存活下来，虽然是一个效率比较低的做法，但是还是可以产生自身的代谢。

3.结束语

不同方式预处理污泥对微生物燃料电池的影响是多种多样的，但是中国现在的污泥处理方式可以说更加的领先，因为和其他国家相比，这些纲减少到六个，这几个纲的反应都是不一样的。不同的接种物微生物电池的运行情况都是不一样的，为的就是让污泥的反应更加充分，这些都可以通过数据对比看出来，一般来说，目前有微生物燃料电池存在几种不同方式预处理污泥，这几种处理方式都有它们不同的优点与缺点，但是暂时来说CS是使用效率最好的反应器，这都是通过大数据得到验证的。