不同方式預(yù)處理污泥對微生物燃料電池的影響分析

＊江鑫 祝媛媛

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430000）

引言

一般而言，要想對污泥進(jìn)行處理，就需要做對比分析，不同的污泥其處理方式也大為不同，一般測試都會采用單室無膜浮陰極微生物染料電池做對比分析，本文論述的重點就是不同方式預(yù)處理污泥對微生物染料電池的影響。

1.不同方式預(yù)處理污泥對微生物燃料電池實驗

(1)微生物染料電池的構(gòu)建

本次實驗將會采用一種由300ml帶有螺栓瓶口改造而成的單室空氣陰極反應(yīng)容器，該容器采用在一邊開口的方式，而空氣則會作為催化劑和溶液相接觸，這個陰極一般來說都會密封在開口的地方，這是為了防止水通過透氣層和空氣相接觸，但是這個容器沒有辦法作為一個循環(huán)存在，所以會采用涂布晾干再進(jìn)行加熱，這是為了可以冷卻形成一個重復(fù)循環(huán)，這樣的工序需要進(jìn)行三次，目的就是為了制造三層擋水慪氣層，除了開口側(cè)的隱藏，在另一側(cè)的冷卻也需要采用溶液和粉末相融合，這是為了在陽極的時候可以增加表面的面積和性能，一般來說陽極的存儲都會采用氧化錫玻璃，這是為了增加面積而使用的，兩者會形成一個一比二的體積比，緊接著就是用這些鹽酸浸泡兩分鐘，之后再去曬干，但是曬干之前應(yīng)該先用離子水清洗，這是為了讓鐵絲連接到純銅制作的瓶口架子中，形成一個外電阻為1000Ω的閉合回路。

這個反應(yīng)器在組裝結(jié)束之后是需要通過密封性測試的，反應(yīng)器里面的電路連接，都會用電子儀器進(jìn)行記錄，一般來說，每隔半小時進(jìn)行一次外阻電壓的記錄，其中會使用培養(yǎng)基容器進(jìn)行檢測，此外還會使用PBS進(jìn)行檢測，反應(yīng)器里面有可以作為碳源的乙酸鈉，除了這些之外，還需要添加一些微量元素和礦物質(zhì)元素作為補(bǔ)充，這都是為了讓反應(yīng)器一起來進(jìn)行，但是有一個更換標(biāo)準(zhǔn)，就是當(dāng)其持續(xù)低壓的時候，就需要對反應(yīng)器里面三分之二的培養(yǎng)液進(jìn)行更換。

(2)外接物種的來源以及其中的用量

反應(yīng)器里面的污泥大部分來自于生活水廠，這些廠在排出廢水的時候就可以利用一些工藝來對水泥進(jìn)行分離，例如，利用脫氮除磷這些技術(shù)進(jìn)行深度處理，讓排出的污水經(jīng)過處理之后重新達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

第二種處理方法就是利用植被對其進(jìn)行處理。這是一種新型的處理污水方法，在污水廠當(dāng)中經(jīng)過厭氮消化反應(yīng)器，接著再回收后變成初級的曝氣，接著再過濾固體廢物和砂石，經(jīng)過沉淀之后，就可以去除水池當(dāng)中的漂浮物以及污泥，進(jìn)行曝氣處理,再通入浮萍塘本體，這需要經(jīng)過四十天的沉淀才可以重新進(jìn)入地表，經(jīng)過氯氣和脫氮處理之后的泥土，已經(jīng)可以適應(yīng)當(dāng)?shù)貪竦刂脖?，在進(jìn)入濕地植被之后就可以利用池中的過濾系統(tǒng)對其進(jìn)行過濾，從而與系統(tǒng)中的其他微生物產(chǎn)生反應(yīng)，這是一個比較漫長的過程。這兩種不同的工藝處理下的污泥還是含有大量水分，這些水分比例大概為97%-99%之間，在經(jīng)過不同工藝處理之后還會含有非常多的有機(jī)物質(zhì)和菌群，但是這些都不會對氯氣產(chǎn)生不耐受反應(yīng)，這兩種不同情況下取得的污泥將會作為樣品放進(jìn)冰箱冷藏保鮮，為什么要冷藏處理，主要原因就是為了消除其他外界因素的影響，因為長期運(yùn)輸會對這些污泥的活性造成一定程度的下降，為了保證其和采樣的時候都是一致的，就需要通過冷藏的形式來維持其活性。

(3)常規(guī)的項目處理分析方法

這次的實驗是需要在反應(yīng)器穩(wěn)定的運(yùn)行之后才可以使用的，一般都會采取切換電阻的方式來檢測反應(yīng)器的輸出功率表，這種切換形式是從高到低。

(4)分子生物分析方法

在反應(yīng)器運(yùn)行六十天之后，為了要保證這種運(yùn)行時的平穩(wěn)，會采用DNA試劑盒進(jìn)行收集，這種收集方式是提取陽極表面的一些微生物膜以及接種污泥的基因進(jìn)行檢測。這種檢測方式是通過脫脂碳泥膠水來進(jìn)行檢測。這種DNA檢測是通過分離光度來進(jìn)行的，是屬于第二代的基因分析方法，該方法的檢測速度非常快，只需要十六秒的時間進(jìn)行。

2.結(jié)果以及討論

(1)不同方式預(yù)處理污泥對微生物燃料電池的影響

不同的接種物微生物電池的運(yùn)行情況都是不盡相同的，但是這兩種以污泥為接種物的反應(yīng)器都需要平穩(wěn)的運(yùn)行，一般檢測的時間只是需要四十個小時，這是比其他國家的檢測時間短很多的，其他國家檢測的時候都需要超過一百八十個小時，這兩種反應(yīng)器在啟動之后都會采用批式的運(yùn)行模式，這可以保證這些反應(yīng)器在運(yùn)行的時候保持平穩(wěn)，但這需要在電阻電壓比較小的時候才可以使用，而且需要對培養(yǎng)基進(jìn)行更新，每次更新的數(shù)量大致為反應(yīng)器污泥的三分之二，在更換培養(yǎng)基之后，需要對其進(jìn)行前后的對比，只有采取這樣的對比數(shù)據(jù)，才可以知道不同方式預(yù)處理污泥對微生物燃料電池的影響。兩種不同檢測方式采用的反應(yīng)器都是不一樣的，但是在去除率方面都是相同的水平，其中CS反應(yīng)器可以做到超過55%去除率，比AS去除器略高一點，AS反應(yīng)器去除的效率大約為49%，這在同等條件下的反應(yīng)器去除效率中都是屬于比較低下的。

(2)不同接種物對于反應(yīng)器輸出功率的影響

一般來說不同的反應(yīng)器都會有不同的反應(yīng)效率，大部分反應(yīng)器出現(xiàn)反應(yīng)都是六十天后開始慢慢達(dá)到頂峰，這和反應(yīng)器外阻電壓類似。CS反應(yīng)器的所有電壓值都是大于AS反應(yīng)器的，這些電壓包括開路電壓與輸出功率。

(3)不同污泥的微生物菌落對比

要想對接種物的群落進(jìn)行對比就需要對其進(jìn)行DNA的提取以及檢測，一般來說都會使用一些平臺對其進(jìn)行DNA測序，不同的微生物都會有不同的DNA序列。

(4)不同接種物反應(yīng)器中微生物菌落的異同

反應(yīng)器的輸出功率都有達(dá)到一個巔峰值的時間，在其達(dá)到巔峰之后就需要采用干凈的刀片將其提取在玻璃上陽極表面的生物膜上，這是為以后提取DNA做準(zhǔn)備，在使用檢測平臺對其進(jìn)行檢測測序之后，就可以減少細(xì)小數(shù)據(jù)帶來的干擾，確保檢測效果的可靠性。中國和其他國家的污水處理存在非常大的區(qū)別，一般要提取的污泥做為接種物的微生物燃料電池都是不一樣的，兩者之間存在非常大的差異性，這是兩種提取方式不同而導(dǎo)致的結(jié)果。兩種提取方式的具體不同點就是兩個反應(yīng)器中都有不同的擬桿菌門，在兩種不同的反應(yīng)器當(dāng)中，陽極是其中最好的，但是相比中國的反應(yīng)器陽極，其他國家的陽極都需要進(jìn)行大量的提高。

以上的研究都需要從綱領(lǐng)的角度上分析，陽極種群在綱里面，但是其他國家一般會把這些綱減少到六個，這幾個綱的反應(yīng)都是不一樣的。一般檢測都會分為三個綱進(jìn)行，每個國家的反應(yīng)器當(dāng)中有其特有的菌群，AS反應(yīng)器當(dāng)中的細(xì)菌會對氯或者脫氮的過程中有一定的忍耐度，這可以保證AS在運(yùn)行的時候平穩(wěn)進(jìn)行，也可以保證其在未經(jīng)過氯或者脫氮的過程中和污泥進(jìn)行對比，它的種群屬于比較簡單的，同時會在其中進(jìn)行種群間的傳遞，這可讓細(xì)菌有效的存活下來，雖然是一個效率比較低的做法，但是還是可以產(chǎn)生自身的代謝。

3.結(jié)束語

不同方式預(yù)處理污泥對微生物燃料電池的影響是多種多樣的，但是中國現(xiàn)在的污泥處理方式可以說更加的領(lǐng)先，因為和其他國家相比，這些綱減少到六個，這幾個綱的反應(yīng)都是不一樣的。不同的接種物微生物電池的運(yùn)行情況都是不一樣的，為的就是讓污泥的反應(yīng)更加充分，這些都可以通過數(shù)據(jù)對比看出來，一般來說，目前有微生物燃料電池存在幾種不同方式預(yù)處理污泥，這幾種處理方式都有它們不同的優(yōu)點與缺點，但是暫時來說CS是使用效率最好的反應(yīng)器，這都是通過大數(shù)據(jù)得到驗證的。