生物燃料电池方法处理马铃薯废水初探韩一平赵艳成王朔周天云

生物燃料电池可以将马铃薯中的化学能直接转化为最清洁的电能,同时又能处理污水,具有显著的环境效益和经济效益。本文报告了近年来MFC技术的研究现状,包括反应的基本原理、主要特点以及该技术面临的挑战,并对前景进行了展望。关键词生物燃料电池（MFC）；马铃薯废水；研究进展引言马铃薯废水是以马铃薯为原料产生淀粉的过程中产生的废液，属于高浓度废水，我国每年用于处理马铃薯废水消耗掉的能量十分巨大,给社会和经济的发展带来严重的负担。利用MFC技术处理废水中不仅可以解决污染，还可以回收能源，最大限度实现污水处理的可持续性发展,具有十分显著的社会、环境和经济效益。1、马铃薯废水马铃薯淀粉废水是用马铃薯为原料生产淀粉过程中产生的废液，属于高污染性废水，如果不加处理并将其直接排放会造成环境水体缺氧，水生生物窒息死亡的现象。淀粉加工过程具有高耗水高污染等特征，据统计生产1t薯类淀粉将产生10-20m3的淀粉废水，废水的COD浓度高达10000mg/L以上。随着我国马铃薯主粮化战略的推广，淀粉加工行业的迅速发展加大了淀粉废水的产生量，因此，马铃薯淀粉废水的有效处理与资源化利用非常重要。而马铃薯淀粉废水的主要成分包括糖类、蛋白质、氮磷等营养物质，并且不含重金属、病原体等有毒、有害物质，这便十分有利于其资源化利用。2、生物燃料电池生物燃料电池（MFC）是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将生活污水和工业废水中含有的大量有机物作为其燃料氧化，从而获得电能的装置。MFC技术打破了传统的污水处理理念，实现了污水处理技术的重大革新，它不再是仅仅将废水中的有机质作为去除对象，而是看作一种能源。利用微生物将废水中有机质的化学能转化为电能，这样既净化了污水又获得了能量，具有产能效率高，废水处理成本低等优点，近年来受到极大关注1-4。2.1生物燃料电池的工作原理00000000010图1生物燃料电池工作原理MFC的工作原理如图1所示5。传统的生物燃料电池将微生物作为反应主体，微生物代谢的产物作为物理电极的活性物质，从而造成物理电极电位偏移，电位差增加，从而获得将燃料的化学能直接转变为电能的装置。生物燃料电池的工作原理以C6H1111111111111111111111111111111111111111111112O6作反应主体的燃料电池为例C6H12O6在阳极失去电子被氧化在阴极得到电子被还原，这样便在阴阳两极之间形成了电流通路，见图1。2.2生物燃料电池的特点及其研究方向2.2.1生物燃料电池的特点生物燃料电池的特点主要包括（1）能量转化的效率高。转化率及其利用率高达50%，加上电池生产过程中余热的利用，总利用率可达到90%。（2）对环境的污染小，几乎可以达到零排放。（3）在电池制作过程中，对机械运动部件的要求较低，因而对环境的噪音污染较小。（4）构造比较简单，易于保养维护。模块化结构，便于组装和维护，且磨损较少。（5）所需材料的来源范围较广，制备方式多种多样。即通过石油、甲醇、生物体内的能量等产生氢气，或通过电解水、生物制氢等方法获取燃料能源。（6）燃料的补充便捷。可以采用甲醇作为液体燃料的补充和供给，且可以利用现有的加油站来进行供给。（7）环境的变化对生物燃料电池的影响不大，即电池的适应能力较强。因为生物燃料电池具有功率密度高、承载能力强、可不依赖空气而存在的特点，因此可以有多种应用方式，对多种气候环境的适应性较强。2.2.2生物燃料电池的研究方向生物燃料电池的原料来源范围非常广泛，操作也很便利，并且对环境的污染也很小，是一种新型优质可再生的清洁能源。但是由于生物燃料电池这种清洁能源仍处于探索阶段，所以生物燃料电池还存在着电池能量不够稳定，电能转化率低等问题，但是随着科技水平的提高，生物燃料电池将会被不断的改善，并将在今后的电网中提供更多的电能，发挥至关重要的作用。同时还需要加强稳固材料、生物催化率以及电子转移等相关研究，配合生物燃料电池的研究探索和开发利用。3.对未来的展望生物燃料电池的出现和发展，将会给能源结构带来深刻的变革，会涉及社会生活各方面的供电系统。生物燃料电池的应用，可以作为各个行业的动力基础，又可以减轻温室效应来缓解全球气候变暖的问题，是一种优质的清洁能源。以微生物作为催化剂将马铃薯废水中碳水化合物中的化学能直接转化为最清洁的电能，同时可以使废水得到处理，最大限度地实现废水处理的可持续性发展，当然目前还没有办法估计该技未能够带来的经济效益，有关该领域的研究在国际上也刚刚起步，但生物燃料电池正在引起人们的广泛关注，希望在不久的将来，这种全新的技术能够不断完善，并最终应用于工程实践。参考文献1RabaeyK,VerhaegeM.MicrobialfuelcellsnovelbiotechnologyforenergygenerationJ.TrendsinBiotechnology,2005,23(6)291-298.2LoganBE.SimultaneouswastewatertreatmentandbiologicalelectricitygenerationJ.WaterScienceandTechnology,2005,52(1-2)31-37.3ChengSH,LiuH,LoganBE.IncreasedperformanceofsinglechambermicrobialfuelcellsusinganimprovedcathodestructureJ.ElectrochemistryCommunications,2006,8489-494.4PrasadD,SivaramTK,SheelaBerchmans,etal.Microbialfuelcellconstructionwithamicro-organismisolatedfromsugarindustryeffluentJ.JournalofPowerSources,2006,160(2)991-996.5崔爱玉，付颖．燃料电池—新的绿色能源［J］．应用能源技术，2006(7)14－48．