沈春花，曾慶玲，郭義海

（華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

進(jìn)展與述評(píng)

以微生物燃料電池技術(shù)資源化利用剩余污泥的研究進(jìn)展

沈春花，曾慶玲，郭義海

（華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

介紹了剩余污泥存在的問題與剩余污泥資源化利用方法，重點(diǎn)介紹以微生物燃料電池技術(shù)資源化利用剩余污泥的研究進(jìn)展，包括直接利用剩余污泥與間接利用剩余污泥為燃料的微生物燃料電池技術(shù)方面的最新研究進(jìn)展。直接利用剩余污泥作為微生物燃料電池的燃料，介紹了該方法的產(chǎn)電輸出功率密度、污泥中總化學(xué)需氧量（TCOD）等的去除情況、污泥的減量效果等；間接利用剩余污泥作為燃料，包括剩余污泥微波預(yù)處理上清液作為燃料與剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）作為燃料，這些微生物燃料電池技術(shù)都能有效地資源化利用剩余污泥，同時(shí)達(dá)到污泥減量的目的，該方法具有廣闊的應(yīng)用前景。

剩余污泥；微生物燃料電池；輸出功率密度；總化學(xué)需氧量；污泥減量

活性污泥法是目前世界上應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，己有近百年的應(yīng)用歷史。但它一直以來也存在一個(gè)最大的弊端，就是會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥[1]。污水經(jīng)過生物處理后，其體積的0.5%～1%將轉(zhuǎn)化為固態(tài)凝聚體沉降下來形成剩余污泥。剩余污泥占我國(guó)總固體廢棄物量的 3%，而且年增長(zhǎng)率大于10%[2]。剩余污泥含水量高，成分非常復(fù)雜，不僅含大量有機(jī)質(zhì)及N、P和K等植物營(yíng)養(yǎng)元素，而且還含有很多病原微生物、寄生蟲卵等，易腐敗，并伴有惡臭；此外，受工業(yè)廢水的影響，剩余污泥中還可能含有較多的有毒物質(zhì)。若不對(duì)剩余污泥進(jìn)行妥善的處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成直接或潛在的污染。為了防止二次污染，必須將污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行妥善處置。

剩余污泥的處理處置一直以來都難以達(dá)到滿意的效果，已經(jīng)成為制約污水處理事業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，其處置形勢(shì)已經(jīng)十分嚴(yán)峻，因此，尋求經(jīng)濟(jì)有效的減量化、穩(wěn)定化以及資源化污泥處理處置技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前對(duì)污泥的主要處理處置方式有污泥土地利用、焚燒、填埋或填海等，然而由于可利用土地面積的減少、污泥產(chǎn)量的增加、焚燒釋放有毒有害氣體對(duì)大氣的污染、法律法規(guī)越來越嚴(yán)格的約束，這些方法的應(yīng)用也受到了限制。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用生物技術(shù)對(duì)污泥資源化再利用的研究領(lǐng)域主要有：①厭氧或好氧堆肥；②厭氧產(chǎn)甲烷；③發(fā)酵產(chǎn)氫；④生化產(chǎn)品；⑤微生物燃料電池發(fā)電等[3]。本文作者主要介紹以微生物燃料電池技術(shù)資源化利用剩余污泥的研究進(jìn)展。

1 微生物燃料電池簡(jiǎn)介

微生物燃料電池（microbial fuel cells，MFC）是近年來出現(xiàn)的一種非常有潛力的能源技術(shù)，可以通過微生物作用，將污染環(huán)境的有機(jī)物甚至有毒物質(zhì)降解，并從中獲得電能，用以滿足日益增長(zhǎng)的能源需求[4]。目前，已有研究者在底泥、廢水等實(shí)際環(huán)境中構(gòu)建MFC，并成功地收集MFC所產(chǎn)生的電能，為一些小型監(jiān)測(cè)裝置、機(jī)器人、移動(dòng)電話等低電耗裝置供電[5]。

通常，MFC反應(yīng)器主要由三部分組成：陰陽(yáng)電極、質(zhì)子交換膜和反應(yīng)室。電極一般有碳紙和石墨兩大類。質(zhì)子透過材料可以是鹽橋，也可以是多孔的瓷隔膜，理想的材料是只允許質(zhì)子透過，而基質(zhì)、細(xì)菌和氧等都被截留的微孔材料。MFC最早是兩室系統(tǒng)，隨著研究的不斷深入，MFC反應(yīng)器反應(yīng)室的構(gòu)型也不斷的多元化，有單槽式MFC反應(yīng)器、雙槽式MFC反應(yīng)器、上流式MFC反應(yīng)器等[6]。

微生物燃料電池的工作原理如圖1所示。在葡萄糖發(fā)酵過程中，在催化劑作用下，陰陽(yáng)兩極發(fā)生的反應(yīng)如下所示。

陽(yáng)極反應(yīng)

圖1 微生物燃料電池及工作原理

MFC中，氧化底物的細(xì)菌通常在厭氧條件下通過電子傳遞中介體或者細(xì)菌自身的納米導(dǎo)線將電子傳遞給陽(yáng)極，然后通過連接陰陽(yáng)兩極的導(dǎo)線又將電子傳遞給陰極，而質(zhì)子通過隔開兩極的質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，在含鉑等的陰極催化下與電路傳回的電子和O2反應(yīng)生成水。陰陽(yáng)兩極之間存在電位差，通過對(duì)反應(yīng)器的集成，可以將這樣的低電壓轉(zhuǎn)換成較高電壓，從而獲得可利用的電能[6]。對(duì)于以葡萄糖為基質(zhì)的情況，理論上1/3的電子可以用于產(chǎn)生電流，而2/3的電子存在于發(fā)酵產(chǎn)品如乙酸和丁酸中[7]。

在微生物燃料電池中，底物是影響電能產(chǎn)生最重要的生物因素[8]?？梢杂糜谖⑸锶剂想姵氐孜锏奈镔|(zhì)很多，既可以是純化合物，也可以是富含有機(jī)物質(zhì)的廢水、剩余污泥等廢棄的生物質(zhì)能以及一些難處理的廢棄物等。

目前關(guān)于MFC的研究中，廢水同步生物處理與MFC發(fā)電的研究較多[9-11]，關(guān)于MFC技術(shù)處理剩余污泥的研究較少。污水處理廠去除每千克COD，就會(huì)產(chǎn)生約0.4 kg剩余污泥，剩余污泥最后的處置費(fèi)用約為900 $/kg干重[12]。將剩余污泥作為燃料，采用MFC技術(shù)處理剩余污泥，是資源化利用剩余污泥的一種新技術(shù)。此法不但可以減少污泥處置費(fèi)用，還可以使污泥減量化，又能將污泥中豐富的有機(jī)質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。

2 MFC技術(shù)資源化利用剩余污泥

2.1 剩余污泥直接作為微生物燃料電池燃料

2.1.1 電壓與輸出功率密度

研究表明，剩余污泥可作為微生物燃料電池（MFC）的燃料，處理污泥并同步發(fā)電。賈斌等[13]利用厭氧污泥作為接種體在不加入任何營(yíng)養(yǎng)元素的條件下，經(jīng)過20天成功地啟動(dòng)了單室無膜微生物燃料電池，然后對(duì)剩余污泥作為燃料的MFC產(chǎn)電特性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，以污泥為燃料的MFC技術(shù)產(chǎn)生的最大電壓為 495 mV（負(fù)載 1000 Ω），最大輸出功率密度達(dá)到44 mW/m2，與易降解物質(zhì)為燃料的 MFC實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的可比性。剩余污泥為燃料的單室無膜微生物燃料電池的成功啟動(dòng)和運(yùn)行說明以污泥為燃料進(jìn)行產(chǎn)電是可行的，微生物所需的成分在體系中也是基本存在的。

鄭峣等[14]也研究了以剩余污泥為燃料的 MFC技術(shù)，考察了可能影響輸出功率密度的相關(guān)因素，得到了提高M(jìn)FC輸出功率密度的方法。研究結(jié)果表明，污泥體積對(duì)MFC輸出功率密度的影響不明顯，但是離子添加劑的投加量、電池陽(yáng)極面積與陰陽(yáng)級(jí)間的距離均對(duì)輸出功率密度有影響。采用NaCl為離子添加劑時(shí)，隨著投加量的增加，輸出功率密度相應(yīng)增加；電池陽(yáng)極面積越大，輸出功率密度反而越??；陰陽(yáng)級(jí)間的距離減小可以增加輸出功率密度。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了MFC輸出功率密度的因素，選取5 cm2的陽(yáng)極面積，使用200 mL剩余污泥，其泥水比為1∶2，加入300 mmol/L的NaCl，調(diào)整陰陽(yáng)極之間距離為0.5 cm，溫度為30 ℃，以剩余污泥為燃料的MFC最大輸出功率密度達(dá)到256.12 mW/m2，比賈斌等[13]以剩余污泥作為燃料的單室無膜微生物燃料電池的輸出功率提高了5倍左右。

趙慶良等[15]構(gòu)建以鐵氰化鉀為陰極電子受體，采用普通碳材料作為電極的雙室型 MFC，考察了MFC以剩余污泥為燃料時(shí)的產(chǎn)電性能。以剩余污泥為燃料的微生物燃料電池，當(dāng)進(jìn)泥總化學(xué)需氧量（TCOD）為9080 mg/L時(shí)，在電阻為90 Ω時(shí)獲得最大功率密度為31.5 W/m3，電池輸出電壓可達(dá)到660 mV。

Jiang等[16]也以鐵氰化鉀為電子受體構(gòu)建雙室型MFC來降解污水處理中的污泥與同步發(fā)電。剩余污泥為燃料的MFC連續(xù)運(yùn)行250 h，初始TCOD為10850 mg/L，輸出功率密度8.5 W/m3，產(chǎn)生穩(wěn)定電壓687 mV，產(chǎn)生電壓與趙慶良等[15]以鐵氰化鉀為電子受體的雙室型MFC的電壓大小基本一致。Jiang等[16]的研究還表明，MFC產(chǎn)電性能與污泥中可溶性化學(xué)需氧量（SCOD）密切相關(guān)，反應(yīng)中污泥的SCOD從82 mg/L增加到1158 mg/L，輸出功率增加了88.7%。此外，pH值在一定范圍內(nèi)對(duì)輸出功率有影響，在陽(yáng)極的pH值為6.0～6.8時(shí)，MFC的發(fā)電量維持在10.4 W/m3左右，進(jìn)一步增加pH值到7.55，輸出功率略有增加至11.8 W/m3左右。

Liu等[17]也以剩余污泥為燃料不添加任何碳源成功啟動(dòng)了單室無膜浮動(dòng)陰極微生物燃料電池，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)外電阻為1000 Ω時(shí)，所獲得的最大電壓為440.7 mV。微生物燃料電池運(yùn)行一個(gè)周期，輸出電壓為150～300 mV時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行了107 h之久。在內(nèi)部阻力為368.13 Ω時(shí)，獲得的最大功率密度為220.7 mW/m2。

研究表明，微生物燃料電池技術(shù)資源化利用剩余污泥是可行的，能產(chǎn)生一定的電壓與輸出功率密度，電壓為400～700 mV，輸出功率密度在40～250 mW/m2或者3～30 W/m3，輸出電壓與功率密度均較低。直接利用剩余污泥作為燃料，一些因素影響了MFC的電壓與輸出功率密度，如離子添加劑的投加量、電池陽(yáng)極面積、陰陽(yáng)級(jí)間的距離、pH值、污泥中的SCOD等因素，通過研究這些影響因素，可以提高M(jìn)FC的電壓與輸出功率密度。

2.1.2 TCOD去除率與SS、VSS去除率

以剩余污泥為燃料的MFC技術(shù)，可去除污泥中的總化學(xué)需氧量（TCOD）、總懸浮物（SS）與揮發(fā)性有機(jī)物（VSS），能起到污泥減量的作用。趙慶良等[15]采用MFC技術(shù)處理剩余污泥，當(dāng)電池輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，TCOD去除率為28.7%；當(dāng)電池運(yùn)行一個(gè)周期（168 h）后，TCOD去除率為46.1%，陽(yáng)極區(qū)緩沖溶液的投加和攪拌均可提高污泥TCOD的去除率。鄭峣[18]的研究表明， MFC運(yùn)行一個(gè)反應(yīng)周期后（330 h），污泥TCOD的去除率為69.1%。說明了MFC能對(duì)剩余污泥進(jìn)行有效地降解。

Jiang等[16]的研究表明，以剩余污泥作為燃料的MFC技術(shù)，初始TCOD為10 850 mg/L，連續(xù)運(yùn)行250 h，污泥TCOD減少了46.4%。pH值在一定范圍內(nèi)對(duì)TCOD去除率有影響，在陽(yáng)極pH值為6.0～6.8時(shí)，TCOD去除率為12.3%～16.8%；提高陽(yáng)極pH值至7.2，TCOD去除率的提高幅度大于25.7%，但是pH值再增加，TCOD去除率反而降低，說明陽(yáng)極在pH＞7.2的弱堿性環(huán)境中顯著降低TCOD去除率。

另外，MFC對(duì)污泥的減量具有一定的促進(jìn)作用。賈斌等[13]經(jīng)過一周期的反應(yīng)，污泥SS與VSS去除率分別達(dá)到了27.3%與28.7%，在相同條件下以污泥厭氧處理試驗(yàn)作為對(duì)比，測(cè)得反應(yīng)后 SS和VSS去除率分別為21.4%和22.3%，與污泥厭氧處理相比，MFC對(duì)SS與VSS去除率有相應(yīng)的提高，對(duì)污泥的減量具有一定的促進(jìn)作用。鄭峣[18]的研究中，MFC運(yùn)行一個(gè)反應(yīng)周期后（330 h），污泥的SS與VSS去除率分別為32.4%與33.7%，也起到了污泥減量的作用。

研究表明，MFC技術(shù)可以利用剩余污泥為燃料，發(fā)電的同時(shí)，能有效去除污泥中的TCOD（去除率30%～70%），降低污泥中的SS與VSS（二者去除率均為 30%左右），起到了污泥減量的作用。與厭氧處理剩余污泥相比，MFC技術(shù)處理剩余污泥有更好的污泥減量效果。pH值在一定范圍內(nèi)對(duì)TCOD去除率有影響，陽(yáng)極區(qū)緩沖溶液的投加和攪拌也可提高污泥TCOD的去除率。剩余污泥為燃料的MFC技術(shù)提供了一個(gè)污泥資源化利用的新工藝。

2.2 間接利用剩余污泥為MFC燃料

直接利用剩余污泥為燃料的微生物燃料電池技術(shù)，其輸出功率密度較低。為了改善微生物燃料電池技術(shù)的產(chǎn)電性能，對(duì)剩余污泥進(jìn)行一定的預(yù)處理，間接利用剩余污泥為微生物燃料電池的燃料。

2.2.1 微波預(yù)處理剩余污泥上清液作為燃料

研究表明，剩余污泥在適宜的微波輻射下可明顯改善污泥結(jié)構(gòu)及脫水性，過量的微波輻射因破壞污泥的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)物質(zhì)大量溢出，增加污泥的有機(jī)物溶出率，這些有機(jī)物可作為微生物燃料電池的燃料[19]。

方麗等[20]采用經(jīng)微波預(yù)處理的剩余污泥上清液作為MFC的燃料，成功地啟動(dòng)了空氣陰極單室無膜微生物燃料電池（MFC），同時(shí)考察了不同微波時(shí)間和功率下MFC最大輸出功率密度以及外接電阻對(duì)MFC的影響。結(jié)果表明，MFC產(chǎn)電周期長(zhǎng)達(dá)600 h，在同一微波功率（900 W）下，MFC最大輸出功率隨輻射時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在300 s時(shí)達(dá)210.07 mW/m2；當(dāng)微波時(shí)間（300 s）相同時(shí)，隨著微波功率的增大，MFC最大輸出功率在720 W處出現(xiàn)一個(gè)峰值隨后下降。長(zhǎng)時(shí)間和較高功率（＜900 W）的微波處理能夠有效地提高M(jìn)FC的工作效率；在最佳微波處理?xiàng)l件（300 s、720 W）下，最大輸出功率密度達(dá)306 mW/m2，是賈斌等[13]直接以剩余污泥為燃料的MFC的最大輸出功率密度的7倍。MFC產(chǎn)電性能顯著改善，是由于污泥經(jīng)過厭氧發(fā)酵后污泥中的蛋白質(zhì)、還原性糖和SCOD的濃度都大幅度升高的緣故。

此外，對(duì)剩余污泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理，能使污泥中的有機(jī)質(zhì)加速溶解，以預(yù)處理過的污泥為燃料構(gòu)建MFC能使TCOD去除率增加。當(dāng)預(yù)處理超聲功率密度分別為0.5 W/mL，0.8 W/mL，1.0 W/mL，1.2 W/mL和1.5 W/mL，MFC運(yùn)行6天時(shí)，TCOD去除率比無預(yù)處理情況下分別增加 1.1%、8.8%、17.1%、18.9%和20.9%[16]。預(yù)處理超聲功率密度越大，TCOD去除率增加越多。TCOD去除率的增加，是由于超聲預(yù)處理改變了污泥中有機(jī)物質(zhì)的生物降解性、分子量或粒徑譜的變化導(dǎo)致的[21]。剩余污泥進(jìn)行超聲波預(yù)處理可能導(dǎo)致某些能被MFC降解的可溶性有機(jī)組分的釋放，這些物質(zhì)含有較高的蛋白質(zhì)、多糖和胞外酶等[22]。在MFC中，超聲波預(yù)處理污泥可以加快有機(jī)物溶解與促進(jìn)有機(jī)物的吸收，從而可增加MFC輸出功率密度[6]。

2.2.2 剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)生的VFA作為燃料

剩余污泥直接作為燃料的MFC輸出功能密度較低。為了提高燃料電池的輸出功率密度，將剩余污泥發(fā)酵，發(fā)酵液中富集了大量揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA），比如乙酸、丙酸、丁酸等，這些物質(zhì)都是發(fā)電所需的很好的碳素來源。Freguia等[23]將剩余污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵，利用發(fā)酵產(chǎn)生的VFA作為燃料，構(gòu)建了微生物燃料電池，研究了MFC的輸出功率密度與揮發(fā)性脂肪酸的去除情況。燃料電池運(yùn)行 30天后，達(dá)到穩(wěn)定電流 (21±2) mA。每天 1.9 gCOD/LNAC負(fù)荷（net anodic compartment volume，凈陽(yáng)極室容積，簡(jiǎn)寫NAC），產(chǎn)生的電流可達(dá)51 mA。在混合揮發(fā)性脂肪酸系統(tǒng)中，主要是乙酸和丙酸作為主要的電子供體，產(chǎn)生的輸出功率密度為49 mW/LNAC，其它的VFA比如丁酸與己酸等也能被去除，但是去除率較低。以單一的一種 VFA作為燃料，每種揮發(fā)性脂肪酸可去除，但是丁酸作為燃料不能產(chǎn)生較好的電流輸出。應(yīng)用 PCR-DGGE技術(shù)表明，微生物群落結(jié)構(gòu)主要取決于燃料中揮發(fā)性脂肪酸的種類，而不是由最初接種的微生物決定的。這項(xiàng)研究表明，使用剩余污泥水解發(fā)酵產(chǎn)生的VFA作為燃料，采用MFC技術(shù)資源化處理剩余污泥是可行性[24]。

此外，以厭氧消化污泥作為燃料的MFC，也比直接利用污泥為燃料的MFC能提高輸出功率密度。Roche 等[25]構(gòu)建了雙室型MFC，將污泥進(jìn)行厭氧消化后再作為MFC的燃料，反應(yīng)在中性pH值、室溫條件下，采用不同陰極材料輸出功率密度不同，MnOx/C作為陰極材料時(shí)，輸出功率密度達(dá)到 161 mW/m2，Pt/C為基準(zhǔn)的陰極材料時(shí)輸出功率密度達(dá)到193 mW/m2，比賈斌等[13]直接利用剩余污泥作燃料提高了4倍輸出功率密度。碳錳氧化物納米顆?？梢院苋菀椎厝〈K作為陰極材料，降低微生物燃料電池的成本，從而推廣MFC的使用。

3 結(jié) 語

微生物燃料電池技術(shù)不但可以利用剩余污泥為燃料產(chǎn)電，并且對(duì)污泥中的有機(jī)物有一定的去除能力，能達(dá)到污泥減量的效果。以剩余污泥作為微生物燃料電池的燃料，是一種新的剩余污泥資源化利用方法，既處理了剩余污泥，又能將污泥中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，從而實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化與資源化利用，對(duì)解決全球能源短缺和污泥處理過程中能耗較高等問題具有重要的參考價(jià)值。

但是，目前關(guān)于剩余污泥作為MFC燃料的研究中還存在一些不足之處：①M(fèi)FC產(chǎn)生的電壓與輸出功率密度均較低，產(chǎn)生電壓低于1 V，輸出功率密度為幾十到幾百 mW/m2，還不能在實(shí)際中廣泛使用；②剩余污泥作為MFC燃料，有機(jī)物利用率較低（＜30%），污泥減量效果有待提高；③MFC 制造成本偏高，比如陰極催化劑和陰極材料價(jià)格較貴，使得MFC經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低。針對(duì)以上問題，在反應(yīng)器構(gòu)型、電極距離與面積、微生物群落與微生物電子傳遞機(jī)制等方面進(jìn)行深入研究，有望能提高M(jìn)FC產(chǎn)電性能。采用物化與發(fā)酵等方法對(duì)剩余污泥進(jìn)行預(yù)處理，增加污泥中有機(jī)物溶出率，可以提高M(jìn)FC輸出功率密度，同時(shí)也能提高污泥減量效果。為了提高M(jìn)FC的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開發(fā)高效低廉的陰極材料，比如用碳錳氧化物納米顆粒作為陰極，普通石墨電極作為陰極，取代昂貴的鉑或者其它金屬作為陰極材料，能降低微生物燃料電池的成本。隨著研究的深入，MFC技術(shù)將會(huì)越來越成熟。

利用剩余污泥作為MFC燃料的相關(guān)技術(shù)，具有處理廢棄物和聯(lián)產(chǎn)電能的雙重功效，代表著廢棄物資源化的重要發(fā)展方向。今后的研究重點(diǎn)將是如何提高M(jìn)FC 產(chǎn)電能力與提高污染物去除率，尋找高效、低廉的陰極材料以解決MFC成本高的問題。隨著MFC相關(guān)技術(shù)的成熟與成本的降低，剩余污泥作為MFC燃料為資源化利用城市固體廢棄物提供了較好的途徑，具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]仉春華，崔玉波，安曉雯. 填料強(qiáng)化生化池剩余污泥減量試驗(yàn)[J].化工進(jìn)展，2009，28（增刊）：533-535.

[2]裴曉梅，余志亞，朱洪光. 我國(guó)厭氧發(fā)酵處理城市污水剩余污泥研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)沼氣，2008，26（1）：25-29.

[3]劉和，堵國(guó)成，陳堅(jiān). 我國(guó)應(yīng)用生物技術(shù)資源化利用城市剩余污泥的研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2008，27（8）：1137-1142.

[4]梁吉虎，高自良，于建生. 關(guān)于微生物燃料電池底物的研究進(jìn)展[J].氨基酸和生物資源，2010，34（3）：20-25.

[5]楊永剛，孫國(guó)萍，許玫英. 微生物燃料電池在環(huán)境污染治理研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 微生物學(xué)報(bào)，2010，50（7）：847-852.

[6]李登蘭，洪義國(guó)，許玫英，等. 微生物燃料電池構(gòu)造研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2008，14（1）：147-152.

[7]Rabaey K，Verstraete W. Microbial fuel cells：Novel biotechnology for energy generation[J].Trends in Biotechnology，2005，23（6）：291-298.

[8]Liu Z D，Liu J，Zhang S P，et al. Study of operational performance and electrical response on mediator-less microbial fuel cells fed with carbon- and protein-rich substrates[J].Biochemical Engineering Journal，2009，45（3）：185-191.

[9]Pant D，Van Bogaert G，Diels L，et al. A review of the substrates used in microbial fuel cells（MFCs）for sustainable energy production[J].Bioresource Technology，2010，101（6）：1533-1543.

[10]Virdis B，Rabaey K，Rozendal R A，et al. Simultaneous nitrification，denitrification and carbon removal in microbial fuel cells[J].Water Research，2010，44（9）：2970-2980.

[11]Cha J，Choi S，Yu H，et al. Directly applicable microbial fuel cells in aeration tank for wastewater treatment[J].Bioelectrochemistry，2010，78（1）：72-79.

[12]Weemaes M，Verstraete W. Other treatment techniques[C]// Spinosa L，Vesilind P A，Eds. Sludge into Biosolids，IWA Publishing，London，2001：364-383.

[13]賈斌，劉志華，李小明，等. 剩余污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2009，30（4）：1227-1231.

[14]鄭峣，劉志華，李小明，等. 剩余污泥生物燃料電池輸出功率密度的影響因素[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2010，30（1）：64-68

[15]趙慶良，姜珺秋，王琨，等. 微生物燃料電池處理剩余污泥與同步產(chǎn)電性能[J]. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31（6）：780-785

[16]Jiang J Q，Zhao Q L，Zhang J N，et al. Electricity generation from bio-treatment of sewage sludge with microbial fuel cell[J].Bioresource Technology，2009，100（23）：5808-5812.

[17]Liu Z H，Li X M，Jia B，et al. Production of electricity from surplus sludge using a single chamber floating-cathode microbial fuel cell[J].Water Science and Technology，2009，60（9）：2399-2404.

[18]鄭峣. 剩余污泥微生物燃料電池的產(chǎn)電性能及基質(zhì)變化研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2010

[19]崔金娟，吳純德，許小潔，等. 碳酸氫鈉對(duì)微波預(yù)處理剩余污泥的促進(jìn)作用研究[J]. 水處理技術(shù)，2009，35（8）：66-68.

[20]方麗，劉志華，李小明，等. 微波預(yù)處理污泥上清液為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2010，31（10）：2518-2524.

[21]Min B，Kim J R，Oh S E，et al. Electricity generation from swine wastewater using microbial fuel cells[J].Water Research，2005，39（20）：4961-4968.

[22]Heilmann J，Logan B E. Production of electricity from proteins using a microbial fuel cell[J].Water Environment Research，2006，78（5）：531-537.

[23]Freguia S，Teh E H，Boon N，et al. Microbial fuel cells operating on mixed fatty acids[J].Bioresource Technology，2010，101（4）：1233-1238.

[24]Chae K J，Choi M J，Lee J. W.，et al. Effect of different substrates on the performance，bacterial diversity，and bacterial viability in microbial fuel cells[J].Bioresource Technology，2009，100（14）：3518-3525.

[25]Roche I，Katuri K，Scott K. A microbial fuel cell using manganese oxide oxygen reduction catalysts[J].Journal of Applied Electrochemistry，2010，40（1）：13-21.

Research progress of utilization of excess sludge with microbial fuel cell technology

SHEN Chunhua，ZENG Qingling，GUO Yihai
（College of Civil Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，F(xiàn)ujian，China）

Excess sludge and sludge utilization methods are described. Excess sludge utilized with microbial fuel cell technology is introduced，including utilization of excess sludge as the fuel for microbial fuel cell directly and indirectly. In the case of excess sludge utilized as the fuel for microbial fuel cell directly，the output power density，removal efficiencies of TCOD and SS are described. In the case of excess sludge was utilized as the fuel for microbial fuel cell indirectly，the supernatant fluid of microwave pretreated sludge or the volatile fatty acids（VFA）produced by sludge fermentation is used as the fuel. These methods can utilize excess sludge effectively and have broad application prospects.

excess sludge；microbial fuel cell；output power density；total chemical oxygen demand（TCOD）；sludge reduction

X 705

A

1000-6613（2011）09-2075-05

2010-03-21；修改稿日期2010-04-25

華僑大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（JB-ZR1120）及華僑大學(xué)科研啟動(dòng)金項(xiàng)目（10BS319）。

沈春花（1966—），女，副教授。研究方向?yàn)閺U水生物處理與資源化技術(shù)。E-mail hnpdscj@sina.com。聯(lián)系人：曾慶玲，博士后，講師。研究方向?yàn)樗廴究刂婆c廢水資源化處理。E-mail zerozql@163.com。