無膜微生物燃料電池處理含銅廢水回收銅及其產(chǎn)電性能

劉維平，印霞棐，路娟娟，梁國斌，陳月美

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無膜微生物燃料電池處理含銅廢水回收銅及其產(chǎn)電性能

劉維平，印霞棐，路娟娟，梁國斌，陳月美

(江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，常州 213001)

構(gòu)建雙室無膜折流板式微生物燃料電池，研究雙室無膜折流板微生物燃料電池的產(chǎn)電性能和廢水處理，在不需要外部電源的情況下，直接利用微生物燃料電池產(chǎn)生的電能處理陰極模擬含銅廢水并回收銅。結(jié)果表明：以乙酸鈉為陽極底物，以馴化后的活性污泥混合菌為陽極接種微生物，以Cu2+為陰極電子受體可成功啟動無膜折流板微生物燃料電池，最大功率密度為31.3 mW/m2，開路電壓最高為678.0 mV，Cu2+去除率為99.6%；經(jīng)XRD分析，陰極板上的沉積物主要為單質(zhì)銅，雙室無膜折流板微生物燃料電池可有效處理含銅廢水并回收銅。

微生物燃料電池；含銅廢水；銅回收；產(chǎn)電性能

含銅廢水主要來自電鍍加工、礦山開采、金屬冶煉、印刷電路板制造等行業(yè)。含銅重金屬廢水對環(huán)境會產(chǎn)生巨大危害，含銅重金屬廢水的處理及銅的回收利用已引起廣泛關(guān)注。生物法處理含銅廢水具有費(fèi)用低、適應(yīng)性強(qiáng)、無二次污染、可回收再利用等特點(diǎn)。羅麗卉等[1]利用硫酸鹽還原菌處理含銅廢水，Cu2+去除率達(dá)到99.9%。KHAN等[2]采用人工濕地法去除工業(yè)廢水中的重金屬離子，Cu2+去除率為48.3%。電解法是一種較為成熟的含銅廢水處理技術(shù)，流程簡單、操作方便、可直接回收金屬銅，但主要缺點(diǎn)是能耗高，高濃度的含銅廢水經(jīng)電解后，銅含量仍可能超過排放標(biāo)準(zhǔn)[3]，在低濃度含銅廢水的處理中受到一定限制[4]。GAIKWAD等[5?6]利用離子交換法處理礦山含銅酸性廢水。CORUH等[7]利用斜發(fā)沸石處理低濃度含銅廢水，Cu2+去除率可達(dá)98.0%~99.0%；van NGHIEM等[8]采用Dowex G-26樹脂處理銅濃度為500~700 mg/L的含銅廢水，銅的吸附率達(dá)99.6%。崔春花等[9]利用中空纖維更新液膜技術(shù)處理模擬含銅電鍍廢水，出水中Cu2+的含量低于1.0 mg/L，Cu2+的去除率為99.0%。AZIZ等[10]以粗石灰石作濾床處理含Cd、Cu和Ni等重金屬離子廢水，去除率90.0%。ROMERO等[11]利用鈣質(zhì)頁巖中的方解石作為中和劑，處理礦山酸性廢水中的重金屬。LI等[12]利用二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DDTC)作為重金屬捕獲劑，當(dāng)DDTC與Cu的質(zhì)量比為0.8~1.2時，Cu2+的去除率99.6%。龍來壽等[13]采用間歇式固定床真空熱解裝置對廢線路板進(jìn)行真空熱解前處理，然后利用剪切破碎和氣流分選方法對真空熱解渣中的金屬銅進(jìn)行回收，銅的總回收率為99.86%。LIANG等[14]研究高位阻?二酮從氨性蝕刻廢液中萃取銅。仉麗娟等[15]利用生物浸出的方法實(shí)現(xiàn)廢覆銅板分選渣中殘留銅的資源化，銅浸出率95%以上，生物法反應(yīng)周期長，且在反應(yīng)過程中要嚴(yán)格控制外界的因素對微生物的影響。

微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)利用微生物的新陳代謝作用將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，目前的研究更多關(guān)注MFC的產(chǎn)電能力[16?18]。牟姝君等[19]研究了銅離子對MFC電能輸出的影響。ZHANG等[20]研究了由質(zhì)子交換膜構(gòu)成的雙室MFC對含銅廢水處理的影響。目前MFC處理重金屬廢水的報道還不多，LI等[21]發(fā)現(xiàn)：光照條件下，26 h內(nèi)Cr6+的去除率達(dá)到97%。ZHANG等[22]利用雙室MFC處理含V5+和Cr6+的廢水，最大輸出功率970.2 mW/m2，反應(yīng)240 h后V5+和Cr6+的去除率分別為67.9%和75.4%。張永娟 等[23]構(gòu)建了一個雙瓶式MFC，最大電壓417.0 mV，最大輸出功率密度44.2 mW/m2，Cu2+去除率為59.8%。梁敏等[24]構(gòu)建了雙室MFC處理模擬含銅廢水，最大體積輸出功率為536.0 mW/m3，Cu2+的去除率達(dá)到97.8%，陰極板上沉積物是Cu2O和Cu4(OH)6SO4，沒有實(shí)現(xiàn)單質(zhì)銅的回收。HEIJINE等[25]調(diào)節(jié)含銅溶液pH為3，MFC的最大體積輸出功率430.0 mW/m3，Cu2+的去除率99.8%。

雙室MFC利用微生物降解陽極室的有機(jī)廢水，將化學(xué)能轉(zhuǎn)成電能的同時，在陰極處理含銅重金屬廢水，不僅實(shí)現(xiàn)了同時處理了兩種不同類型的廢水，而且獲得了電能，利用MFC產(chǎn)生的電流代替電解法處理含銅廢水技術(shù)中的傳統(tǒng)電源，在MFC陰極室實(shí)現(xiàn)Cu2+的還原，并回收金屬銅。雙室MFC膜的使用增加了MFC的成本，基于此，本文作者構(gòu)建了雙室無膜折流板MFC，以乙酸鈉為陽極底物，以馴化后的活性污泥混合菌為陽極接種微生物，以Cu2+為陰極電子受體，以石墨棒為電極，研究利用MFC產(chǎn)生的電能代替外部電源，在陰極處理模擬含銅廢水并回收銅，探討無膜折流板MFC的產(chǎn)電性能及其對含銅廢水處理和銅回收的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了雙室無膜折流板式MFC，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 雙室無膜折流板MFC裝置示意圖

雙室無膜MFC反應(yīng)器的陽極室和陰極室通過折流板構(gòu)成的中間室相連，陽極室和陰極室的尺寸均為10 cm×10 cm×5 cm，用石墨棒作電極材料，用銅導(dǎo)線連接陽極和陰極，并接入0~9999 ?電阻值可調(diào)的負(fù)載電阻箱。使用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時記錄MFC不同負(fù)載下的電壓和電流。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料與過程

厭氧活性污泥：接種污泥取自污水處理廠的二沉池，將其過濾、沉淀后保存在厭氧環(huán)境下。通過顯微鏡觀察，厭氧活性污泥中的細(xì)菌主要有菌膠團(tuán)和絲狀細(xì)菌，它們構(gòu)成了活性污泥的骨架，此外污泥中還有原生動物和后生動物等微型動物。細(xì)菌、微型動物以及其他微生物加上水中的懸浮物和一些溶解性物質(zhì)混在一起，形成了具有分解有機(jī)物能力的絮凝體，即活性污泥。取回的厭氧活性污泥用培養(yǎng)液進(jìn)行馴化，培養(yǎng)液的組成：蔗糖、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鋁、檸檬酸三銨、氯化鈉、氯化銨、氯化鎂、氯化鈣。以馴化后的活性污泥混合菌為陽極接種微生物。

MFC啟動期底物組成：4000 mg/LCH3COONa，1500 mg/LK2HPO4，1500 mg/L KH2PO4，450 mg/L NH4Cl，300 mg/L MgCl2，50 mg/L C4H6O4Zn·2H2O，20 mg/L CaCl2，底物與馴化后的厭氧活性污泥的體積比為1:1，陰極液為1000 mg/L的乙酸鈉溶液，啟動完成并穩(wěn)定后，陰極液更換為模擬含銅廢水。

1.3 評價方法

采用穩(wěn)態(tài)放電法測得MFC的極化曲線，在歐姆極化區(qū)擬合相應(yīng)直線，得到的斜率即為MFC的內(nèi)阻。在不同外阻下得到的功率密度和電流密度做圖即得到功率密度曲線。MFC的電流密度an(單位為mA/m2)和功率密度an(單位為mW/m2)分別為

(2)

式中：為電流值(mA)；an為陽極有效面積(m2)；ext為外電路電阻(?)。

采用ICP-AES分析陰極液中銅離子的濃度，采用X射線衍射對陰極板上沉積物進(jìn)行分析，采用掃描電鏡觀察陰極銅粉的形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 MFC的啟動

將底物與馴化后的厭氧活性污泥按體積比1:1加入陽極室，陰極室為1000 mg/L的乙酸鈉溶液，陽極液和陰極液的總量均為300 mL。電壓降至100 mV以下時，認(rèn)為本次周期結(jié)束，此時從陽極室排出100 mL陽極液，利用催化密閉消解法測定其COD值，并計算COD去除率，同時加入100 mL新的營養(yǎng)液，開始下一個周期，如此反復(fù)運(yùn)行幾個周期使開路電壓達(dá)到穩(wěn)定值，每一周期結(jié)束后陽極液的COD去除率如表1所列。

表1 COD去除率

從表1看出，COD的去除率隨著MFC運(yùn)行時間的增加不斷增加，到第五周期后穩(wěn)定在80%以上。由于厭氧菌接種到陽極室后，經(jīng)過一段適應(yīng)期在新的環(huán)境中生長，并吸收營養(yǎng)物質(zhì)，在這個過程中，有機(jī)物被緩慢降解，隨著微生物不斷適應(yīng)環(huán)境，細(xì)菌的生長繁殖速率不斷增加，MFC對有機(jī)物的降解能力不斷增強(qiáng)。

MFC啟動期輸出電壓如圖2所示。從圖2中可以看出，反應(yīng)開始時，由于微生物接觸新的環(huán)境，好氧菌在厭氧環(huán)境下逐漸被淘汰，產(chǎn)電菌開始適應(yīng)環(huán)境，MFC輸出電壓較低，最高為240 mV。在第二周期更換了一次營養(yǎng)液之后，開路電壓小幅增加，最大為290 mV；MFC運(yùn)行的第三周期，開路電壓最高達(dá)到380 mV。繼續(xù)更換陽極基質(zhì)，在MFC運(yùn)行的第四周期，開路電壓達(dá)到560 mV，電壓上升較快；MFC運(yùn)行到第五周期時，開路電壓達(dá)到620 mV；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，到第六周期，MFC的最大開路電壓基本穩(wěn)定在620 mV左右，MFC完成了啟動過程。

圖2 MFC啟動期輸出電壓

2.2 產(chǎn)電性能

MFC啟動完成后，將陰極液中的乙酸鈉溶液更換為5000 mg/L的Cu(NO3)2、CuCl2和CuSO4溶液，對應(yīng)的MFC裝置分別命名為M1、M2、M3，研究以Cu2+為電子受體時MFC的產(chǎn)電性能，MFC輸出電壓隨時間變化情況如圖3所示。

圖3 MFC電壓變化規(guī)律

MFC啟動后，陰極液更換為含銅模擬廢水，由于營養(yǎng)物質(zhì)足以供給微生物生長繁殖，細(xì)胞代謝活力增強(qiáng)，生長旺盛，細(xì)菌生長速率不斷增大， MFC產(chǎn)電迅速，電壓上升較快。從圖3看出，M1、M2和M3分別經(jīng)過120、108和72 h的反應(yīng)，電壓達(dá)到最大值，分別為678、670和391 mV。反應(yīng)持續(xù)一段時間后，由于底物被逐漸降解，代謝產(chǎn)物大量積累，產(chǎn)電菌群營養(yǎng)物被逐漸消耗，電壓逐漸減小，產(chǎn)電性能逐漸下降。圖3表明，M1和M2的電壓變化規(guī)律接近，M3的電壓最低，說明不同的陰極液會影響MFC的產(chǎn)電能力。其原因與不同條件下MFC對有機(jī)物COD的去除能力不同有關(guān)，通過測定COD值，經(jīng)計算得到的M1、M2和M3對應(yīng)的有機(jī)物COD去除率分別為80.9%、79.8%和77.3%，M1和M2的COD去除率很接近，M1的去除率最高，M2的略小。說明M1和M2微生物降解有機(jī)物的能力較強(qiáng)，更容易將底物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生的電子與質(zhì)子更多，傳遞到陰極室，與陰極室的Cu(NO3)2和CuCl2溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生較高的電壓。M3的COD去除率最低，說明相比M1和M2，以CuSO4為陰極液時，微生物更難降解有機(jī)物，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的效率較低，產(chǎn)生的電子和質(zhì)子較少，導(dǎo)致電壓偏低。

對MFC進(jìn)行穩(wěn)態(tài)放電試驗(yàn)，測定其極化曲線，如圖4所示，將極化曲線的歐姆極化區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，所得斜率即為MFC的內(nèi)阻。根據(jù)圖4的極化曲線，計算得出M1、M2和M3的內(nèi)阻分別為2975.2、5696.4和2762.1 Ω。M3的內(nèi)阻最小，而歐姆內(nèi)阻小，整個系統(tǒng)阻力越低，輸出功率就越高，這點(diǎn)從圖5可以得到證實(shí)，從圖5的功率密度曲線看出，M3的功率密度高于M1和M2的，M3的最大功率密度為31.3 mW/m2，是M1的1.9倍，M2的2.1倍。

圖4 MFC極化曲線

圖5 MFC功率密度曲線

2.3 Cu2+去除與銅回收

當(dāng)MFC運(yùn)行結(jié)束后，考察了陰極液中Cu2+的濃度和Cu2+去除率，結(jié)果如表2所列。

表2 陰極Cu2+濃度及去除率

從表2可以看出，MFC能有效去除陰極液中的Cu2+，在微生物燃料電池中，MFC陰極的主要作用是接受來自陽極釋放的電子和質(zhì)子，其性能的好壞直接決定MFC的輸出效率。傳統(tǒng)的MFC中，主要以氧作為MFC的電子受體，著重于提高氧化劑接受質(zhì)子和電子的能力，以乙酸鹽為陽極底物，陰極以Cu2+為電子受體構(gòu)成微生物燃料電池，陽極反應(yīng)為

CH3COO?+3H2O → HCO3?+CO2+8H++8e，

an=?289 mV (3)

陰極反應(yīng)為

Cu2++2e→Cu，ca=340 mV (4)

若以這兩種物質(zhì)分別作為MFC的陽極室和陰極室中的反應(yīng)物，則理論電壓為629 mV，根據(jù)電化學(xué)原理，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行?？梢娨砸宜猁}為陽極底物時，Cu2+為MFC陰極電子受體時，不需外加電源就可實(shí)現(xiàn)銅的還原，大大降低電解法處理含銅廢水的運(yùn)行成本。MFC運(yùn)行結(jié)束后，取出陰極石墨棒，可觀察到MFC陰極表面紅褐色沉積物，如圖6所示。

圖6 陰極表面沉積物

將陰極沉積物進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看到，譜線在2為36.4°、61.4°處出現(xiàn)衍射峰，經(jīng)計算機(jī)檢索與標(biāo)準(zhǔn)卡Cu2O的特征峰一致，表明陰極還原產(chǎn)物中有Cu2O的存在。譜線在2為43.3°、50.4°和74.1°處有尖銳的衍射峰，經(jīng)計算機(jī)檢索與標(biāo)準(zhǔn)卡單質(zhì)銅的特征峰一致，從衍射峰分布看，陰極上的沉積物主要是單質(zhì)銅和少量Cu2O的混合物。經(jīng)化學(xué)分析，陰極沉積物中單質(zhì)銅的含量為98.3%，和電解法獲得的銅粉質(zhì)量相比，銅含量偏低，主要是銅粉中還含有少量Cu2O所致。

通過掃描電鏡觀察，陰極回收的銅粉形貌如圖8所示。由圖8可看出，銅粉是一種薄片狀的集合體，表面光滑致密。

圖7 MFC陰極表面沉積物XRD譜

圖8 陰極銅粉的SEM像

3 結(jié)論

1) 以Cu2+為電子受體的雙室無膜折流板MFC的最大功率密度為31.3 mW/m2，開路電壓最高為678 mV，CuSO4溶液為陰極液的MFC內(nèi)阻最小。

2) 不需要外部電源，直接利用雙室無膜折流板MFC產(chǎn)生的電能，可處理陰極的含銅溶液并回收銅。雙室無膜折流板式MFC對陰極液中Cu2+去除率98%以上，陰極板上的沉積物經(jīng)XRD檢測，主要為單質(zhì)銅。

[1] 羅麗卉, 謝翼飛, 李旭東. 生物硫鐵復(fù)合材料處理含銅廢水及機(jī)理研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(2): 249?253. LUO Li-hui, XIE Yi-fei, LI Xu-dong. Biological iron sulfide composites in the treatment of copper-contaminated wastewater and its mechanism[J]. China Environmental Science, 2012, 32(2): 249?253.

[2] KHAN S, AHMAD I, SHAH M T, REHMAN S, KHALIQ A. Use of constructed wetland for the removal of heavy metals from industrial wastewater[J]. Journal of Environmental Management, 2009, 90: 3451?3457.

[3] 肖書虎, 張國芳, 宋永會, 曾 萍, 李 輝. 電化學(xué)雙極法處理高濃度含銅黃連素制藥廢水[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2011, 1(4): 295?299. XIAO Shu-hu1, ZHANG Guo-fang, SONG Yong-hui, ZENG Ping, LI Hui. Treatment of berberine pharmaceutical wastewater containing copper by bipolar-electrochemical process[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2011, 1(4): 295?299.

[4] FALAYI T, NTULI F. Removal of heavy metals and neutralisation of acid mine drainage with un-activated attapulgite[J]. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2014, 20 (4): 1285?1292.

[5] GAIKWAD R W, MISAL S A, DHIRENDR A, GUPTA D V. Removal of copper ions from acid mine drainage (AMD) by ion exchange resins: Indion 820 and Indion 850[J]. Journal of Applied Sciences in Environmental Sanitation, 2009, 4(2): 133?140.

[6] GAIKWAD R W, SAPKAL V S, SAPKAL R S. Ion exchange system design for removal of heavy metals from acid mine drainage waste water[J]. Acta Montanistica Slovaca, 2010, 15(4): 298?304.

[7] CORNH S, TURAN G, AKDEMIR A, ERGUN O N. The influence of chemical conditioning on the removal of copper ions from aqueous solutions by using clinoptilolite[J]. Environmental Progress and Sustainable Energy, 2009, 28(2): 202?211.

[8] van NGHIEM N, LEE J C, JHA M K, YOO K, JEONG J. Copper recovery from low concentration waste solution using Dowex G-26 resin[J]. Hydrometallurgy, 2009, 97(3/4): 237?242.

[9] 崔春花, 張衛(wèi)東, 任鐘旗, 劉君騰, 孟慧琳. 中空纖維更新液膜技術(shù)處理模擬含銅電鍍廢水[J]. 電鍍與涂飾, 2009, 28(3): 31?33. CUI Chun-hua, ZHANG Wei-dong, REN Zhong-qi, LIU Jun-teng, MENG Hui-lin. Treatment of simulated electroplating wastewater containing copper(II) using hollow fiber renewal liquid membrane[J]. Electroplating & Finishing, 2009, 28(3): 31?33.

[10] AZIZ H A, ADLAN M N, ARIFFIN K S. Heavy metals (Cd, Pb, Zn, Ni, Cu and Cr(III)) removal from water in Malaysia: Post treatment by high quality limestone[J]. Bioresource Technology, 2008, 99(6): 1578?l583.

[11] ROMERO F M, NUNEZ L, GUTIERREZ M E, ARMIENTA M A, CENICEROS-GOME A E. Evaluation of the potential of indigenous calcareous shale for neutralization and removal of arsenic and heavy metals from acid mine drainage in the Taxco mining area, Mexico[J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2011, 60(2): 191?203.

[12] LI Y J, ZENG X P, LIU Y F, YAN S S, HU Z H, NI Y M. Study on the treatment of copper-electroplating wastewater by chemical trapping and flocculation[J]. Separation and Purification Technology, 2003, 31(1): 91?95.

[13] 龍來壽, 孫水裕, 鐘 勝, 劉敬勇, 鄧 豐, 李紅軍. 真空熱解預(yù)處理對回收廢線路板中銅的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2010, 20(4): 795?800. LONG Lai-shou, SUN Shui-yu, ZHONG Sheng, LIU Jing-yong, DENG Feng, LI Hong-jun. Effect of vacuum pyrolysis pretreatment on recovery of copper from scrap printed circuit boards[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(4): 795?800.

[14] LIANG Qi-wen, HU Hui-ping, FU Weng, YE Ting, CHEN Qi-yuan. Recovery of copper from simulated ammoniacal spent etchant using sterically hindered beta-diketone[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21(8): 1840?1846.

[15] 仉麗娟, 劉曉文, 康 鑫, 陳巖贄, 周文根, 史美玉, 周文博, 溫 勇, 王 煒, 周洪波. 嗜酸鐵氧化富集物高效浸提廢覆銅板分選殘渣中的銅[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 25(10): 2936?2944. ZHANG Li-juan, LIU Xiao-wen, KANG Xin, CHEN Yan-zhi, ZHOU Wen-gen, SHI Mei-yu, ZHOU Wen-bo, WEN Yong, WANG Wei, ZHOU Hong-bo. High extraction of copper from flotation tailings of waste copper-clad laminates by acidophilic iron-oxidizing enrichment[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2936?2944.

[16] RICHTER H, NEVIN K P, JIA H F, LOWY D A, LOVILEY D R. Cyclic voltammetry of biofilms of wild type and mutanton fuel cell anodes indicates possible roles of OmcB, OmcZ, type IV pili and protons in extracellular electron transfer[J]. Energy and Environmental Science, 2009, 2: 506?516.

[17] HUANG J S, YANG P, GUO Y, LI X F, LUO M. Start-up of a continuous flow MFC and bio-particles formation[J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities, 2010, 24(4): 694?699.

[18] 王艷芳, 劉百倉, 鄭 哲, 鄭雪艷. 電極面積和電極間距對立方體型MFCs產(chǎn)電能力的影響[J]. 可再生能源, 2013, 31(8): 68?74. WANG Yan-fang, LIU Bai-cang, ZHENG Zhe, ZHENG Xue-yan. Effects of the electrode area and electrode spacing on the electricity generation capacity of MFCs[J]. Renewable Energy Resources, 2013, 31(8): 68?74.

[19] 牟姝君, 李秀芬, 任月萍, 王新華. 銅離子對雙室微生物燃料電池電能輸出的影響研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(7): 2791?2797. MU Shu-jun, LI Xiu-fen, REN Yue-ping, WANG Xin-hua. Effect of Cu2+on the power output of dual-chamber microbial fuel cell[J]. Environmental Science, 2014, 35(7): 2791?2797.

[20] ZHANG L J, TAO H C, WEI X Y, LEI T, LI J B, WANG A J, WU W M. Bioelectrochemical recovery of ammonia-copper(II) complexes from wastewater using a dual chamber microbial fuel cell[J]. Chemosphere, 2012, 89(10): 1177?1182.

[21] LI Y, LU A H, DING H R, JIN R, YAN Y H, WANG C Q, ZEN C P, WANG X. Cr(VI) reduction at rutile-catalyzed cathode in microbial fuel cells[J]. Electrochemistry Communications, 2009, 11(7): 1496?1499.

[22] ZHANG B G, FENG C P, NI J R, ZHANG J, HUANG W L. Simultaneous reduction of vanadium (Ⅴ) and chromium (Ⅵ) with enhanced energy recovery based on microbial fuel cell technology[J]. Journal of Power Sources, 2012, 204: 34?39.

[23] 張永娟, 李永峰, 劉春研, 王藝璇, 李 龍, 王耔人, 董義興. 利用雙室微生物燃料電池處理模擬廢水的產(chǎn)電特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2012, 33(7): 2427?2431. ZHANG Yong-juan, LI Yong-feng, LIU Chun-yan, WANG Yi-xuan, LI Long, WANG Zi-ren, DONG Yi-xing. Electricity generation performance of two-chamber microbial full cell in the treatment of simulated wastewater[J]. Environmental Science, 2012, 33(7): 2427?2431.

[24] 梁 敏, 陶虎春, 李紹峰, 李 偉, 張麗娟, 倪晉仁. 剩余污泥為底物的微生物燃料電池處理含銅廢水[J]. 環(huán)境科學(xué), 2011, 32(1): 179?185. LIANG Min, TAO Hu-chun, LI Shao-feng, LI Wei, ZHANG Li-juan, NI Jin-ren. Treatment of Cu2+-containing wastewater by microbial fuel cell with excess sludge as anodic substrate[J]. Environmental Science, 2011, 32(1): 179?185.

[25] HEIJNE A T, LIU F, WEIJDEN R V D, WEIJMA J, BUISMAN C J N, HAMELERS H V M. Copper recovery combined with electricity production in a microbial fuel cell[J]. Environmental Science and Technology, 2010, 44(11): 4376?4381.

(編輯 李艷紅)

Copper recovery from copper-containing wastewater through treating membraneless microbial fuel cell and its electricity production

LIU Wei-ping, YIN Xia-fei, LU Juan-juan, LIANG Guo-bin, CHEN Yue-mei

(School of Chemistry and Environment Engineering,Jiangsu University of Technology, Changzhou 213000, China)

The baffled membraneless dual chamber microbial fuel cell (MFC) was constructed, the electricity generation capacity of baffled membraneless dual chamber MFC and wastewater treatment were studied, the electricity produced by MFC was used directly to treat cathode simulation copper-containing wastewater and recover copper. The results show that the baffled membraneless dual chamber MFC is started successfully in which sodium acetate is used as anode substrate, complex acclimated microorganism in activated sludge is used as anode inoculating microorganism, Cu2+is used as cathodic electron acceptor, the maximum power density is 31.3 mW/m2and the maximum open circuit voltage is 678.0 mV, the removal rate of Cu2+is 99.6%, sediment on the cathode plate detected by XRD is mainly Cu. The baffled membraneless dual chamber MFC can effectively treat copper-containing wastewater and recover copper.

microbial fuel cell; copper-contained wastewater; copper recovery; electricity production

Project (BK20131133) supported by Jiangsu Provincial Natural Science Foundation, China

2016-03-28; Accepted date: 2016-08-20

LIU Wei-ping; Tel: +86-519-86953092; E-mail: weiping@jsut.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.03.024

1004-0609(2017)-03-0648-07

X703

A

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20131133)

2016-03-28；

2016-08-20

劉維平，教授，博士；電話：0519-86953092；E-mail：weiping@jsut.edu.cn