肖常泓，張凌星，周 宇，劉銘義，李永峰

(東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 前言

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)源，它推動(dòng)著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，并且也對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模和速度起到舉足輕重的作用；生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)場(chǎng)所和生存之基，也是人開(kāi)展一切活動(dòng)的基本條件。然而人類(lèi)文明延續(xù)至今，無(wú)論是在全球還是在我國(guó)范圍內(nèi)，能源短缺和環(huán)境污染一直是制約人類(lèi)文明持續(xù)發(fā)展的兩大難題并且并未得到有效的解決。

能源的日趨枯竭與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加呈現(xiàn)出矛盾的局面，人類(lèi)生產(chǎn)、生活活動(dòng)越頻繁,對(duì)能源的開(kāi)采越嚴(yán)重，已經(jīng)造成了無(wú)法挽回的損失。如果這樣持續(xù)下去，將會(huì)限制人類(lèi)的繼續(xù)發(fā)展。然而人們對(duì)能源的需求并不會(huì)因能源的短缺而下降，反而人們對(duì)能源的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。有數(shù)據(jù)顯示，隨著居民消費(fèi)水平的不斷提升，可引致的能源消費(fèi)總量仍會(huì)持續(xù)增加，并預(yù)計(jì)2035年和2050年將分別達(dá)到22.8億噸標(biāo)煤和30.4億噸標(biāo)煤。其中，居民消費(fèi)直接能耗在2035年和2050年分別約為7.1億噸標(biāo)煤和9億噸標(biāo)煤[1]。由此推出，按照世界各地化石燃料消耗的速度和趨勢(shì), 如果沒(méi)有新的重大發(fā)現(xiàn), 這些能源將只能在有限的時(shí)間內(nèi)提供給人類(lèi)使用, 所有的化石燃料, 據(jù)美國(guó)石油業(yè)協(xié)會(huì) (American Petroleum Association) 最樂(lè)觀的估計(jì)也只能使用數(shù)百年，更不用說(shuō)不樂(lè)觀的情況了[2]。能源危機(jī)猶如懸在人類(lèi)頭上的一把利劍，時(shí)刻提醒著人們對(duì)于緩減能源枯竭的方法。為了解決這場(chǎng)迫在眉睫的生存危機(jī)，全球范圍內(nèi)的科研人員積極開(kāi)發(fā)研究清潔可再生能源。這既是維持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，又是可以兼顧生態(tài)環(huán)境的最優(yōu)路線(xiàn)。開(kāi)發(fā)和利用可再生的清潔能源是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵所在，也是走可持續(xù)發(fā)展道路的戰(zhàn)略抉擇[3]。

污染問(wèn)題是全人類(lèi)需要面對(duì)的另一嚴(yán)峻問(wèn)題。水資源是人類(lèi)生存發(fā)展的決定性因素，因此水污染對(duì)人類(lèi)的利益造成了嚴(yán)重的損害。中國(guó)環(huán)保部門(mén)在調(diào)查中，對(duì)分布廣泛的56個(gè)城市中的206個(gè)飲用水源進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示出在這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)共有132種不同的污染物，其中需要優(yōu)先控制的污染物的數(shù)目達(dá)103種[4]。解決飲用水安全問(wèn)題成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要議題。隨著中國(guó)社會(huì)發(fā)展，污水處理的需求也越來(lái)越大，就要求技術(shù)可以逐步滿(mǎn)足需求。

利用微生物降解污水中的各類(lèi)有機(jī)物，是現(xiàn)代污水處理中應(yīng)用最廣泛的一種方法。在處理過(guò)程中，微生物將污染物質(zhì)分解利用使水得到凈化并且產(chǎn)生可利用的生物質(zhì)能。微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC)[5-6]作為一種新型可再生能源，可以通過(guò)利用微生物代謝將有機(jī)物分解中發(fā)生的這一過(guò)程，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，從而找到新的機(jī)會(huì)，既從微生物對(duì)可生物降解的、還原的化合物的降解過(guò)程中回收電能，在廢水的處理領(lǐng)域顯示出巨大的潛力及應(yīng)用背景。而連續(xù)攪拌反應(yīng)系統(tǒng)可以處理高濃度污水，且消化器內(nèi)物料均勻分布，避免了分層狀態(tài)，增加了物料和微生物接觸機(jī)會(huì)，是目前世界上最先進(jìn)的厭氧反應(yīng)器之一。構(gòu)建連續(xù)流厭氧反應(yīng)器和微生物燃料電池的耦合系統(tǒng)可以在凈化污水的同時(shí)產(chǎn)生電能，已經(jīng)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

連續(xù)流CSTR-CSTR雙室型燃料電池的最大特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了在處理污水的同時(shí)生物發(fā)電，通過(guò)調(diào)控CSTR反應(yīng)器的參數(shù)使反應(yīng)器中微生物的活性最強(qiáng)、代謝分解有機(jī)污染物的速率最快，從而使反應(yīng)器的運(yùn)行效率最佳，實(shí)現(xiàn)最佳的COD去除率和產(chǎn)電效率。

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，使人們?cè)诎l(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)環(huán)境的道路上找到了一個(gè)平衡點(diǎn)，各國(guó)各界的人們已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)不能再以破壞環(huán)境為代價(jià)。但是，現(xiàn)代社會(huì)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)能源的消耗，而能源的消耗必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不利的污染物，以及能源的枯竭。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(The United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change，簡(jiǎn)稱(chēng)UNIPCC)估計(jì)，到21世紀(jì)中葉，世界能源消耗將增加近一半[7]。為了解決這一問(wèn)題，可再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源成為大勢(shì)所趨。也有研究指出，煤炭的比例在2018年消耗能源總量中下降的很快，已經(jīng)跌落到60%以下，天然氣的消耗占比有所增加，達(dá)到了7%以上，非化石能源占比提高特別快，可以達(dá)到14.3%，特別是風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和利用生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)可產(chǎn)生的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4kW[8]。清潔能源完全替代傳統(tǒng)不可再生能源將指日可待。而對(duì)于用厭氧生物反應(yīng)器處理廢水的研究，國(guó)內(nèi)外早已擁有較為成熟的應(yīng)用技術(shù)。由此不難發(fā)現(xiàn)，利用連續(xù)流CSTR-CSTR雙室型燃料電池處理生活污水的同時(shí)還可以獲得電能的技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)境友好型工藝，不僅給水污染治理和能源危機(jī)帶來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)，而且因其采用生物處理運(yùn)行費(fèi)用低，還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。如此的多重效益必然促進(jìn)該項(xiàng)工藝長(zhǎng)足發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)裝置、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置由兩個(gè)連續(xù)流槽式反應(yīng)器(CSTR)構(gòu)成，CSTR反應(yīng)器為反應(yīng)區(qū)-沉淀區(qū)-分離區(qū)-導(dǎo)流區(qū)-污泥回流區(qū)一體化結(jié)構(gòu)，主體材料采用聚氯乙烯抗腐蝕材料，設(shè)有氣-液-固三相分離裝置，內(nèi)置扇形渦輪攪拌槳，反應(yīng)器為密閉結(jié)構(gòu)，保持系統(tǒng)內(nèi)的厭氧環(huán)境。一個(gè)作為陽(yáng)極一個(gè)作為陰極共同組成連續(xù)流微生物燃料電池。反應(yīng)器的有效容積均為30 L。陰、陽(yáng)極之間以長(zhǎng)38 cm，直徑9 cm的螺管把反應(yīng)器連接起來(lái)，并且中間用全氟質(zhì)子交換膜-Nafion將陰陽(yáng)兩極隔開(kāi)。膜材料為10 cm×10 cm(根據(jù)中間玻璃管的橫截面積，剪裁得對(duì)應(yīng)的圓形)美國(guó)杜邦公司Nafion117型膜，陰極和陽(yáng)極所需的材料均相同，都是以長(zhǎng)度11 cm、寬度為7 cm的碳纖維電極刷構(gòu)成。電極刷之間用若干導(dǎo)線(xiàn)連接，兩極導(dǎo)線(xiàn)間接一個(gè)1KΩ的阻值可調(diào)節(jié)的電阻。陽(yáng)極底部設(shè)有可以控制閉合的進(jìn)水口，頂端也設(shè)置了同樣的出水口用于實(shí)現(xiàn)廢水的連續(xù)流動(dòng)處理。陽(yáng)極反應(yīng)器外壁纏繞著電阻絲，電阻絲連接溫控儀保持反應(yīng)器內(nèi)部環(huán)境溫度為微生物適宜的生長(zhǎng)溫度(35±1)℃，進(jìn)水管上裝有計(jì)量泵控制反應(yīng)系統(tǒng)的水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷。設(shè)置陽(yáng)極室進(jìn)水流量為1.5 L/h，水力停留時(shí)間為25 h。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

陽(yáng)極室接種的污泥采用取自哈爾濱市文昌污水處理廠(chǎng)二沉池的底泥，經(jīng)過(guò)淘洗過(guò)濾掉雜質(zhì)和大顆粒固體后，對(duì)接種污泥進(jìn)行間歇曝氣培養(yǎng)。培養(yǎng)期間利用自制的營(yíng)養(yǎng)液(模擬糖蜜廢水)對(duì)污泥進(jìn)行培養(yǎng)與馴化。24 h更換一次培養(yǎng)液，主要成分主要有：30 g/L紅糖、68.56 g/L磷酸氫二鈉、63.40 g/L磷酸二氫鈉、3.0 g/L氯化銨、1.8 g/L硫酸鎂、1.5 g/L氯化鉀、1.3 g/L碳酸氫鈉、0.2 g/L硫酸錳和0.15 g/L氯化鈣。培養(yǎng)時(shí)間約為4周，pH值約為7，COD值約為2 000 mg/L。培養(yǎng)完成后的污泥呈現(xiàn)黃褐色絮狀顆粒，具有良好的沉降性能。在顯微鏡下可以觀察到生物相中含有豐富的微生物種類(lèi)，以球菌、桿菌、鏈球菌等菌群占優(yōu)勢(shì)。污泥在經(jīng)過(guò)30 d的馴化后接種至陽(yáng)極室，接種污泥的量達(dá)到了有效容積的10%[9]。利用計(jì)量泵將廢水連續(xù)不斷地送入陽(yáng)極室內(nèi)，并設(shè)置計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，控制水力停留時(shí)間為25 h。陰極采用的電鍍廢水為實(shí)驗(yàn)室配制的1 g/L的AgNO3。

1.3 分析處理方法

電壓采用數(shù)顯萬(wàn)用電壓表進(jìn)行測(cè)定，等時(shí)間間隔每天測(cè)定3次。

微生物在陽(yáng)極進(jìn)行產(chǎn)電反應(yīng)，且電子的傳遞效率必然會(huì)受到陽(yáng)極室體積的影響，體積功率密度可以表征陽(yáng)極產(chǎn)電性能。本實(shí)驗(yàn)以研究不同COD濃度的廢水處理及產(chǎn)電能力，因此采用體積功率密度[10]。

功率密度：P=U2/VR外

(1)

式(1)中：U為測(cè)得電壓V、V為陽(yáng)極室有效體積m3、R外為外電阻Ω。

許昌市主城區(qū)公園綠地狀況及評(píng)價(jià)。由表3可得，許昌主要的公園集中分布在魏都區(qū)，即市域的中心，高新區(qū)的公園數(shù)量?jī)H有1座且面積最小，其中綜合性公園鹿鳴湖公園的綠地面積最大。專(zhuān)用公園全部分布在魏都區(qū)，且在種類(lèi)上缺少兒童公園動(dòng)物園和植物園。

COD去除率：在微生物燃料電池中，COD去除率是衡量反應(yīng)器去污效率的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)以此測(cè)定了不同底物濃度條件下陽(yáng)極COD的去除率。陽(yáng)極采用連續(xù)進(jìn)水的方式，等時(shí)間間隔測(cè)定進(jìn)水的COD和出水的COD，計(jì)算可得COD的去除率。計(jì)算公式如下：

CODin-CODout=COD去除率%

(2)

式(2)中：CODin、CODout為反應(yīng)器的進(jìn)水和出水的CODmg/L

2 連續(xù)流CSTR-CSTR雙室型燃料電池的建立與運(yùn)行

2.1 微生物燃料電池的建立

開(kāi)始啟動(dòng)雙室型的CSTR反應(yīng)器，首先將馴化污泥及基質(zhì)在進(jìn)入反應(yīng)器前，需用氮?dú)膺M(jìn)行曝氣以除去反應(yīng)器中的溶解氧，后裝入反應(yīng)器中，并用溫控儀控制反應(yīng)溫度在35℃附近，水力停留時(shí)間25小時(shí)，將反應(yīng)底物實(shí)驗(yàn)室配置的糖蜜廢水以1.5 L/h連續(xù)泵入陽(yáng)極室反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)流進(jìn)水，控制COD維持在2 000 mg/L左右。用數(shù)顯萬(wàn)用表等時(shí)間間隔測(cè)定輸出電壓，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍時(shí)視為啟動(dòng)完成。

如下圖2所示，啟動(dòng)過(guò)程中的電壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。啟動(dòng)第一天，微生物剛轉(zhuǎn)移入陽(yáng)極室，微生物處于對(duì)改變環(huán)境的適應(yīng)階段，表現(xiàn)為微生物生長(zhǎng)的遲緩期，輸出電壓僅為300 mV。啟動(dòng)初期，由于微生物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微生物濃度高，使微生物燃料電池獲得較高的產(chǎn)電電壓。第二天輸出電壓躍升至750 mV，此值為運(yùn)行所經(jīng)歷時(shí)間中的最大電壓值。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行時(shí)間增加，反應(yīng)器中的環(huán)境逐漸變?yōu)閰捬醐h(huán)境，微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，厭氧菌逐漸取代好氧菌成為優(yōu)勢(shì)種群，電位差逐漸升高導(dǎo)致污泥活性降低，種類(lèi)稀少厭氧或兼性厭氧菌逐漸取代產(chǎn)電弱勢(shì)菌，以及連續(xù)流動(dòng)性進(jìn)水和兩電極的封閉性等反應(yīng)器裝置上的不完美與氧化還原反應(yīng)過(guò)程中的能量損失，最終導(dǎo)致了微生物燃料電池輸出電壓在啟動(dòng)過(guò)程中漸漸降低。但是，隨著系統(tǒng)運(yùn)行逐漸趨于穩(wěn)定，輸出電壓也逐漸穩(wěn)定在500 mV左右。至此，運(yùn)行16天微生物燃料電池已經(jīng)趨于穩(wěn)定，視為啟動(dòng)完成。

圖2 電壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

2.2 微生物燃料電池的運(yùn)行

運(yùn)行階段采用連續(xù)進(jìn)水的方式供給陽(yáng)極室，分階段、依次序?qū)﹃?yáng)極室COD濃度進(jìn)行更換。每一階段連續(xù)進(jìn)行時(shí)間為2-3周，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定及COD去除率穩(wěn)定時(shí)可視為此進(jìn)水濃度下指標(biāo)已測(cè)完，可更換進(jìn)水濃度進(jìn)行下一階段實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)，將不同COD濃度的糖蜜廢水，共分為14個(gè)階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，COD濃度指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 不同COD濃度的生活污水

在經(jīng)過(guò)14個(gè)階段的運(yùn)行后，微生物燃料電池可以產(chǎn)生的最大輸出電壓可以經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得到，以及生活污水的最大去除率所對(duì)應(yīng)的進(jìn)水COD也可得到。得到最大輸出電壓的COD值和最大去除率所對(duì)應(yīng)的值恰好重合，因此，可以確定此值是綜合考慮經(jīng)濟(jì)，效率等各種因素后，可以確定的相對(duì)最佳產(chǎn)電效率和COD去除率所對(duì)應(yīng)的COD。

3 CSTR-CSTR雙室型燃料電池產(chǎn)電與COD關(guān)系分析

3.1 產(chǎn)電性能分析

每個(gè)階段都可以得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的輸出電壓，據(jù)此繪制成圖3。由圖可知COD濃度為3 226 mg/L在圖上顯示為一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折。當(dāng)COD濃度比3 226 mg/L大時(shí)，輸出電壓與COD呈線(xiàn)性變化。當(dāng)COD濃度大于3 226 mg/L時(shí)，輸出電壓維持在583～589 mV，輸出電壓表現(xiàn)得相對(duì)穩(wěn)定。在不同的底物濃度下，輸出電壓均能以較快的速度達(dá)到穩(wěn)定值，這可以表明微生物可以適應(yīng)較寬的進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷的變化范圍。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，589 mV的電壓值是反應(yīng)器系統(tǒng)可以得到的最大輸出電壓。

圖3 COD與電壓之間的關(guān)系

對(duì)實(shí)驗(yàn)中得到的電壓與COD濃度之間的關(guān)系做更深入的探討，可以得出的結(jié)論是：電壓與COD之間是呈正比例的關(guān)系變化的。且圖4可以清晰的看出是COD濃度在1 014～3 226 mg/L范圍變化時(shí)，電壓與COD之間呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)為0.993 5。通過(guò)此線(xiàn)性相關(guān)公式，可以帶入電壓值

算出對(duì)應(yīng)的COD濃度。在這個(gè)COD的濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)速率加快，也許是由于底物濃度的增加造成的，從而使電壓逐漸增大。當(dāng)濃度進(jìn)一步高于3 226 mg/L時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定幾乎不變，可能是微生物的生長(zhǎng)所需的能量達(dá)到飽和并且酶的反應(yīng)底物達(dá)到飽和，繼續(xù)增大底物的COD濃度，輸出電壓變化很小或幾乎不變。

在不同的陽(yáng)極底物濃度下，體積功率密度隨COD濃度改變的曲線(xiàn)如下圖5所示。我們可以知道在COD濃度為3 532 mg/L時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)了最大的體積功率密度為11.56 mW/m3。體積功率密度的變化趨勢(shì)和輸出電壓的變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)出逐漸增大后達(dá)到平穩(wěn)的趨勢(shì)。

3.2 處理廢水能力分析

為了研究微生物燃料電池在實(shí)際處理廢水中應(yīng)用的可行性，不僅需要對(duì)產(chǎn)電性能的高低進(jìn)行考察，更是要重點(diǎn)考察該系統(tǒng)對(duì)廢水中污染物的處理效果。為了分析和評(píng)價(jià)微生物燃料電池的廢水處理能力，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)不同COD濃度的廢水考察電池系統(tǒng)的處理能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖6所示。

圖6 COD與去除率的關(guān)系

當(dāng)污水的COD濃度從1 014 mg/L逐步變化到4 259 mg/L過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)濃度梯度下污水的COD去除率均超過(guò)50%，最高去除率在濃度為3 532 mg/L時(shí)出現(xiàn)，約為70.36%，在不同濃度下COD出水濃度下降的幅度普遍很大。

3.3 陰極電鍍廢水處理效果

本實(shí)驗(yàn)陰極的溶液以硝酸銀配制而成，起始濃度為1 000 mg/L，反應(yīng)過(guò)程中銀離子濃度逐漸降低，在MFC運(yùn)行結(jié)束后測(cè)定金屬離子的去除率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，可以知道反應(yīng)的原理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，該陰極室可以去除溶液中存在的銀離子，并且銀離子得到電子反應(yīng)生成銀單質(zhì)，根據(jù)此反應(yīng)原理可以對(duì)陰極室析出的銀單質(zhì)回收，達(dá)到回收重金屬離子的目的。

隨著實(shí)驗(yàn)得進(jìn)行，在陰極電極刷表面逐漸產(chǎn)生銀白色沉淀，2個(gè)星期后在陰極室底部發(fā)現(xiàn)有銀白色的沉淀物聚集，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，溶液中銀離子的量不斷下降。待實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后，拆除儀器，電極表面附著大量的銀。且質(zhì)子膜陽(yáng)極側(cè)發(fā)現(xiàn)黑色沉淀物附著，推測(cè)應(yīng)該是銀離子透過(guò)全氟質(zhì)子交換膜-Nafion到達(dá)了陽(yáng)極室，和陽(yáng)極室中的某些陰離子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)生成了黑色沉淀物。這一反應(yīng)的發(fā)生影響了銀的回收，使得最終的銀的回收率發(fā)生了下降。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)重金屬銀進(jìn)行回收，理論上應(yīng)為30 g，但因?yàn)樯鲜鲈?，?shí)際只有6.27 g,回收率79.1%。這正是因?yàn)殂y離子透過(guò)質(zhì)子膜在陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。

4 結(jié)論

為研究連續(xù)流CSTR-CSTR雙室型燃料電池的輸出電能效果和對(duì)污水中污染物的凈化能力，本實(shí)驗(yàn)建立了微生物燃料電池和連續(xù)流攪拌槽式反應(yīng)器的結(jié)合系統(tǒng)，通過(guò)污泥的馴化、接種、反應(yīng)器的啟動(dòng)、啟動(dòng)后對(duì)反應(yīng)器的優(yōu)化這幾項(xiàng)步驟對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以期能夠得到系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究了在14組不同的底物濃度下，整個(gè)反應(yīng)器對(duì)污水中COD的去除率，并測(cè)量了體積功率密度作為衡量產(chǎn)電效果的指標(biāo)，總體對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化。

1.在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中反應(yīng)系統(tǒng)可以獲得的最大的輸出電壓為589 mV、可獲得最大的體積功率密度為11.56 mW/m3。因此，此值為反應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)歷14個(gè)底物濃度的研究后得到的最佳的電能輸出效果，其對(duì)應(yīng)的COD為3 532 mg/L。

2.當(dāng)污水濃度從1 014 mg/L逐步變化到4 259 mg/L過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)濃度梯度下污水的COD去除率均超過(guò)50%，最高去除率在濃度為3 532 mg/L時(shí)出現(xiàn)，約為70.36%。此值為整個(gè)運(yùn)行階段最佳的污水凈化率。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定陰極室內(nèi)附著在陰極電極刷表面的銀單質(zhì)和掉落在陰極室底部的銀單質(zhì)，得到銀離子回收量為6.27 g，根據(jù)銀離子理論的回收量，計(jì)算回收率為79.1%。

4.在綜合考慮經(jīng)濟(jì)，以及反應(yīng)器對(duì)于糖蜜廢水COD的去除效果、微生物燃料電池的產(chǎn)電能力等因素后，本實(shí)驗(yàn)得出，在COD濃度為3 532 mg/L時(shí)，此實(shí)驗(yàn)裝置在溫度為(35±1)℃，陽(yáng)極室進(jìn)水流量為1.5 L/h，水力停留時(shí)間為25 h的條件下可以得到最佳的運(yùn)行效果。