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电池污染范文1
废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量重金属上，如铅Pb、汞Hg（无机汞和甲基汞）、镉Cd等。
这些有毒物质通过各种途径进入人体内，长期积蓄难以排除，损害神经系统、造血功能和骨胳，甚至可以致癌。有关资料显示，一节一号电池腐烂在地下，能使1m2的土壤永久失去使用价值；1粒纽扣电池可使600t水受到污染，相当于一人一生的饮水量。人体一旦吸收这些重金属以后，会出现哪些病症呢？据有关医学专家介绍，汞及其化合物，特别是有机汞化合物具有很强的生物毒性、较快的生物富集放大速率和较长的脑器官生物半衰期。无机汞可以转变成甲基汞，聚积在鱼类等的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏。人们食用了被汞污染的水后，会发生汞中毒，慢性汞中毒的主要症状为易兴奋症、震颤、口腔炎，轻度中毒有神经衰弱综合症、植物神经功能紊乱，以及急躁、易怒、好哭等，重度中毒时发生明显的性格改变、情感障碍、智力减退。
镉为人体不需要元素，人体中的镉是出生后从外环境经呼吸道和消化道摄取而蓄积的。镉是一种毒性很强、对环境危害性很大的污染物质。镉会使骨质疏松，造成骨骼变形、骨痛，并引起肝和肾受损等严重后果。慢性中毒的临床表现为肺气肿、骨质改变与贫血。镉会干扰含锌酶的作用，成为起高血压的原因。
铅是蓄电池生产的主要原料。人的呼吸道是吸收铅的主要途径，进入呼吸道的铅约有25%~30%被吸收。人体内不需要铅元素来维持正常的生理功能。人体每天摄取的有机铅和无机铅约0.3~0.4mg，正常时铅的排泄量为每日0.6~1.0mg，在一般情况下，铅并不引起中毒现象。但在含铅量较高的环境中，人体吸收的铅量超过排泄量时，很容易发生急性或慢性中毒现象。铅进入人体后，转入骨髓中并沉积为不溶性的磷酸三铅，然后再转化为磷酸氢铅，进而自骨中流入血液中，引起神经、血液、内脏器官等综合性病变，即发生中毒症状。此外，铅还可能通过母体胎盘造成对胎儿的毒害作用。据对新生儿致畸调查结果显示，受铅污染区域新生儿致畸率高于未受铅污染区域。美国研究认为，人体血铅浓度增加，对健康程度的严重不利影响也相应增加。
电池是一种日用品，离我们人类生活特别近，而现实生活中许多消费者将用完的废电池扔在旅游景区、操场边、路旁、水沟里，随便丢弃废电池的现象还很严重。随着电子产品的日益丰富，电池的销售量还将持续上升，专家们认为，由于电池污染具有周期长、隐蔽性大等特点，其潜在危害相当严重，处理不当还会造成二次污染。电池的组成物质在电池的使用过程中不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸碱等泄漏出来，进入土壤或水源，就会通过各种途径进入人的事物链，生物从环境中摄取的重金属可以经过事物链的生物放大作用，逐级在较高级别的生物中中成千上万的蓄积，然后经过食物进入人的身体，在某些器官中蓄积造成慢性中毒。
2废旧电池的回收利用价值
重金属污染威胁着人类的健康，但电池还是要用的，而且数量也不会减少，废旧电池不仅不是垃圾，还是可再生利用的二次资源。以占我国电池总量92.5％的锌锰电池为例，1号废旧锌锰电池的组成，重量70g左右，其中碳棒5．2g，锌皮7．0g，锰粉25g，铜帽0．5g，其他32g。其中的有用物质锌、放电二氧化锰、铁、铜、汞及石墨，占电池总量的75％左右，仅锌、放电二氧化锰、铁就占了70％，可以作为资源化的主要对象。废旧电池的胡乱丢弃既会造成环境污染，威胁人类安全，又浪费了资源，从资源综合利用的角度考虑，废旧电池含有的有价金属和物质的再生要比从矿石中提取更容易，同时又能减轻对环境的污染，有利于于人民健康。因此，对废旧电池的回收利用是利国利民的事情，符合可持续发展战略。
3对防治废旧电池污染环境的建议
3.1加大宣传力度，全面提高认识
发展环保产业能促进经济发展和社会进步、实现国民经济的良性循环。要进一步提高发展环保相关产业的认识，重点明确环保产业既是公益事业，又是经济活动，是既有社会效益又有经济效益的产业。要加大宣传力度，转变国人的观念，提高全民的环保意识；同时在公共场所设立废旧电池回收箱；并联合生产和销售电池的企业、商业等领域推出电池以旧换新业务，以达到集中回收的目的。国家应采取有效措施限制普通锌锰电池的生产，积极引导电池行业改变产业结构，支持它们向碱性电池、镍氢电池、锂电池等低污染或无污染的环保型电池方向发展。
3.2发展资源节约型环保相关产业
在环保相关产业的发展中,要将循环经济的理念贯彻到环保产品生产的整个生命周期中,发展资源节约型的环保产业链。节约能源、节约用水、……节约资源等是发展环保相关产业的思路,保护修复自然生态、加大环境保护力度、强化资源管理等观点是环保相关产业发展的主要内容。国家应在原来优惠政策的基础上，继续制订一系列政策，采取一些切实可行的措施，继续鼓励发展化工环保技术产业，以带动和促进废弃物的回收及综合利用。
3.3建立科学的废旧电池回收渠道
废旧电池的回收是循环再利用的第一步，居民对废旧电池的危害认识不足，没有普遍形成自觉收集、自觉上交的意识，所以废旧电池回收难以成气候，政府及社会各界都应积极行动起来投入到其中去。首先，国家应制定相关的政策法规，规定废旧电池必须回收，禁止将废旧电池随意丢入生活垃圾之中。其次，要加大宣传力度，提高公众的环境责任意识，使越来越多的人树立废旧电池必须回收利用的观念，从而自觉参与回收活动。同时，改进现有的回收方式，如以旧换新、上门服务、加大设立回收桶密度等，让市民乐于废旧电池回收。新晨
3.4对废旧电池进行回收利用
废旧电池对环境造成污染，但其中的镉、镍有较高的回收利用价值。按照我国环境保护规定“谁污染谁治理”的原则，应该把废旧干电池回收作为保护环境、治理污染的高度来认识，国家通过立法，规定由电池生产企业承担起废旧电池回收、贮存和利用的主要责任，这一方面会促使电池生产企业积极开发环保型的电池产品，另一方面，促使其开发出电池回收利用经济可行的方法，并组织实施。电池生产厂家要施行环保工艺，将污染控制到最小，废旧干电池的回收和再利用就变得简单、便利了，这样既充分利用资源，又可减少环境污染，有较好的经济和环境效益。
4结语
电池污染具有周期长、隐蔽性大等特点，其潜在危害相当严重，处理不当还会造成二次污染。因此，我国政府应对公众进行宣传教育，提高全民的环保意识；应采取强制措施，坚决取缔环保不能达标的废旧电池生产企业，归口统一管理，并予以政策的倾斜和保护，鼓励各电池制造企业努力探索废旧电池综合利用新技术，并对获得成功的企业进行及时的表彰和奖励。
参考文献
1葛俊森，梁渠.水中重金属危害现状及处理方法[J].广州化工，2007（35）
电池污染范文2
电池在我们的生活中发挥着非常重要的作用，但在使用过程中却带来了严重的环境问题。一节一号电池腐烂在地里，能使一平方米土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。严峻的现实迫使我们寻找电池发展的新出路，生物燃料电池的问世让我们看到了曙光。本文初步介绍了生物燃料电池的基本情况，以期能开阔视野，对中学化学教学有所裨益。
1穿越历史，生物燃料电池向我们走来
早在19世纪初，英国化学家戴维就提出了燃料电池的设想，1839年英国人格拉夫发明了最早的氢燃料电池[1]。可以说发展到今天，氢燃料电池已成为了最成熟的燃料电池，但在氢气的制备、输送、电池的能量转化率、使用安全性等方面存在许多问题，陷入了尴尬的发展处境[2]。生物燃料电池的出现又让我们充满了新的期待。
生物燃料电池的发展可追溯到20世纪初，1910年英国杜汉姆大学植物学教授Michael Cresse Potter用酵母和大肠杆菌进行试验时，发现了微生物也可以产生电流,从而拉开了生物燃料电池研究的序幕。六十年代，为了将长途太空飞行中的有机废物转化成电能，美国航空航天管理局投入了大量的人力和物力进行研究，真正掀起了生物燃料电池研究的。后来尽管由于技术原因，生物燃料电池曾一度陷入停滞状态，但七、八十年代出现的石油危机又让电池家族的新成员成为人们瞩目的中心，自此之后迎来了更加广阔的发展前景[3]。
简言之，生物燃料电池就是以微生物、酶为催化剂，将有机物（如糖类等）中的化学能直接转化成电能的一种电化学装置。根据电池中使用的催化剂种类，可将生物燃料电池分为微生物燃料电池和酶燃料电池两种类型。
2两种典型的生物燃料电池
2.1 微生物燃料电池
典型的微生物燃料电池如上图所示，它由阳极室和阴极室组成，质子交换膜将两室分隔开。它的基本工作原理可分为四步来描述:(1)在微生物的作用下，燃料发生氧化反应，同时释放出电子;(2)介体捕获电子并将其运送至阳极;(3)电子经外电路抵达阴极，质子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室;(4)氧气在阴极接收电子，发生还原反应。我们以葡萄糖为例来具体地说明这个过程[1]：
阳极半反应：
C6H12O6+6H2O6CO2+24H++24e-E0=0.014V
氧化态介体 + e-还原态介体
阴极半反应:
6O2+24H++24e-12H2O E0=1.23V
2.2 酶燃料电池
如下图，葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和辅酶的作用下失去电子被氧化成葡萄糖酸，电子由介体运送至阳极，再经外电路到阴极。双氧水得到电子，并在微过氧化酶的作用下还原成水。
阳极半反应：葡萄糖葡萄糖酸＋2H++2e
阴极半反应：H2O2+2H++2e2H2O[3]
2.3生物燃料电池中的介体及其作用
2.3.1介体的作用
在生物电池的设计中一个最大的技术瓶颈就是如何有效地将电子从底物运送至电池的阳极。科学家设想在阳极室加入一种或几种化学物质，作为运输电子的介体。介体的作用如图3所示。
2.3.2 介体需满足的条件[1][3]
经过研究发现充当介体的分子必须具备严格的条件：①介体的氧化还原电极电势应与代谢物的电势相一致；②介体的氧化态和还原态都应易溶于电解质溶液；③在溶液中有足够的稳定性且不能吸附在细菌细胞或电极的表面；④介体的电极反应快；⑤微生物燃料电池中的介体应易于穿透细胞膜且对微生物无毒害作用；⑥微生物燃料电池中的介体在得到电子后应易于从细胞膜中出来；⑦介体的任一种氧化态都不会对微生物的代谢过程造成干扰。
生物燃料电池中常用的介体有硫堇、EDTA-Fe(Ⅲ)、亚甲基蓝、中性红等。
3 生物燃料电池的优点
与传统的化学电池技术相比，生物燃料电池具有操作上和功能上的优势（表1）。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的生物能处理，生物燃料电池能在常温、常压甚至是低温的环境条件下都能够有效运作，电池维护成本低、安全性强。第三，生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，不会产生污染环境的副产物。第四，生物燃料电池具有生物相容性，利用人体内的葡萄糖和氧为原料的生物燃料电池可以直接植入人体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，生物燃料电池具有广泛应用的潜力。
表1化学燃料电池与生物燃料电池比较[3]
4生物燃料电池的用途[1][5]
4.1改善汽车的燃料结构
使用生物燃料电池，1L糖类物质的浓溶液氧化产生的电能可供一辆中型汽车行驶25-30 Km,如果汽车的油箱为50L的话，装满糖后可连续行驶1000Km而不需要再补充能源。使用生物燃料电池，一方面可控制因化石燃料燃烧导致的空气污染问题，另一方面还可避免因发生交通事故而引发的汽油起火燃烧甚至是爆炸。
4.2污水处理
2005年，由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家洛根率领的一个研发小组宣布，他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电能。
4.3为可植入人体内的设备提供能量支持
2005年日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组新开发出了一种利用血液中的糖分发电的燃料电池。这样的生物电池可为植入糖尿病患者体内的测定血糖值的装置提供充足电量、为心脏起搏器提供能量。
4.4 在机器人设计中的作用
2001年英国西英格兰大学的科学家们研制出了一种名为“Slugbot”的机器人（如图5），专门用于搜捕危害种植业的鼻涕虫。“Slugbot”将抓获的鼻涕虫放在一容器里，在酶的作用下将其转化成电能。
2000年美国南佛罗里达大学科学家斯图亚特.威尔金森（Stuart Wilkinson）宣称，他们已经研制出了一种需要吃肉以给体内补充电能的机器人Chew Chew。 这种机器人体内装有一块微生物燃料电池，为机器人运动和工作提供动力。这种微生物燃料电池可以通过细菌产生酶，消化肉类食物，然后把获取的能量再转化为电能，供给机器人使用。
4.5在航空航天上的使用
为处理密闭的宇宙飞船里宇航员排出的尿液，美国宇航局设计了一种巧妙的方案：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿液，产生氨气，以氨气作为微生物电池的电极活性物质，这样既处理了尿液，又得到了电能。一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。
5 生物燃料电池发展展望
在化石燃料日趋紧张、环境污染越来越严重的今天，生物燃料电池以其良好的性能向我们展示了一个美好的发展前景。但不可否认的是，由于技术条件的制约，目前生物燃料电池的研究和使用还处于不成熟阶段：电池的输出功率小、使用寿命短。例如美国得克萨斯大学亚当・海勒博士研制的葡萄生物电池能提供的功率仅为2.4微瓦，这说明要点燃一个小灯泡需要100万株葡萄，并且产电能每天都在衰减。由此导致生物燃料电池的使用范围非常狭小，远没有达到全面推广的时期。研究人员正在积极研究，努力克服这一瓶颈。
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5.1开发无介体生物燃料电池[5]
有一类铁还原性微生物，由于其细胞膜上有丰富的细胞色素，表现出较强的电化学活性，在生物电池中能直接将电子转移至阳极而不需要借助任何介体。研究表明Rhodoferax ferrireduler和Geobacteraceae种群的微生物都具有这种功能，它们在电池内发生的反应可表示为：
C6H12O6+6H2O+24Fe(Ⅲ) 6CO2+24Fe(Ⅱ)+24H+
+24e-。
无介体生物燃料电池的优点主要表现为有充足的空间，有利于提高电子转移的效率和速率。
5.2加强对电极的修饰[4]
学者Derek R. Lovley等用石墨毡和石墨泡沫代替碳棒作为电池的阳极，研究发现电池的电能输出大大增加，约为原来的三倍。说明增大电极的表面积可以增大吸附在电极表面的微生物和酶的密度，从而增加电量的输出。
Zhen He等在微生物燃料电池中用微生物来修饰阴极，加快了氧气的还原反应速率，极大地提高了电池输出的电流密度。
5.3 选择合适的质子交换膜[4][6]
质子交换膜能有效地维持电池两极室内酸碱度的平衡，保证电池反应的正常进行。Liu和Logan在电池的设计中取消了质子交换膜，结果发现电池的库仑输出效率由55%降到了12%；Min et al.研究发现如果氧气由阴极室进入阳极室，电池的库仑输出效率会从55%降至19%。这说明质子交换膜的质量好坏关系到生物燃料电池的性能，选择合适的质子交换膜，增强质子的穿透性而降低氧气的扩散成为了生物燃料电池开发中的一个重要环节。
5.4 开发光化学生物燃料电池[5]
利用光合细菌或藻类吸收太阳光，并将其转化成电能的装置称为光化学生物燃料电池。科学家曾设计出这样的一种电池：用石墨作阳极，阳极室内有项圈藻和可溶性奎宁介体；阴极也为石墨电极，电解质溶液为铁氰化钾。把这种电池先放在阳光下光照10小时，然后在黑暗的环境中放置10小时，发现可产生1mA的电流（外电路电阻为500欧），只不过光子转化成电子的效率只有0.2%。后来人们又用Synechococcus细菌来代替项圈藻，发现转化率可提高到3.3%。
参考文献：
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[7]袁丽霞.多种多样的电池[J].化学教学,2006,(12):53-56.
[8]仇红亮.漫谈氢能源发展的尴尬[J].化学教学，2005,(6):37-38.
致谢：本文在写作过程中，得到化学系乐翠娣老师的指导和帮助，谨致以诚挚的谢意!
电池污染范文3
关键字：微生物燃料电池；黑臭底泥；降解有机物；产电；除臭
中图分类号：TU992 文献标志码：A
近年来，水体污染日益严重，城市黑臭河道日益增多，给人民的生活生产造成了严重的影响。我国每年投入大量的人力物力解决河道黑臭问题，而传统的底泥清淤、底泥固化等处理方式治标不治本，同时消耗的大量的能源；而微生物燃料电池以其节能减排、变废为宝的优势受到人们广泛关注。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是利用厌氧或兼性微生物的催化作用，在氧化有机物、无机物的过程中提取电子并将其转移至电极上，将化学能直接转化为电能的装置[1]。以城市河道黑臭底泥为底物的微生物燃料电池在新能源的开发和河道治理上提供了一个很好的思路。
有效微生物群（EM菌）是由乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、放线菌七大类微生物中的10属80种有益微生物共生共荣组成的[2]，EM技术是目前世界上应用范围最大的一项生物工程技术，和一般生物制剂相比，它具有结构复杂、性能稳定、功能齐全的优势，表现出前所未有的高科技水平。
本研究将EM技术与MFC技术结合，构建了以黑臭底泥为底物的微生物燃料电池（MFC)，研究装置的产电性能、降解有机物和除臭效果，为解决河道黑臭底泥污染提供新思路。
1 材料和方法
1.1 双室微生物燃料电池装置的构建
双室微生物燃料电池装置由阳极、阴极和质子交换膜三个部分组成，见图1。该装置由有机玻璃材料制成，阴阳两极室体积各为192.5 mL，极室的尺寸设计为70 mm×50 mm×55 mm（长×宽×高）。每个极室上方开3个小孔，分别为导线出口、底物进出口以及二氧化碳等废气出口。阴阳两极室之间由质子交换膜相隔。阳极极板为软碳布，阳极中加入EM菌，阴极为铂金材料。以黑臭底泥为阳极室底物及产电菌菌源和电子供体，以铁氰化钾/磷酸盐（100 mM/L）缓冲液作为阴极电解液和电子受体。
图1 MFC构造外电路
如图1所示，将铜导线与电极连接，用于引出并传递电子，外电路由铜导线与可变电阻箱（0-9999.9Ω）连接而成。多用电表并联于外电阻两端，用于测外电路电压，并与计算机连接，实时采集数据并保存于计算机中。
1.2 阳极底物的选择
本研究选取福州市乌龙江分支乌兮河河道黑臭底泥作为底物，构建典型的双室微生物燃料电池。乌兮河为城市内河中典型的黑臭河道，死鱼、生活垃圾漂浮于河中，河水呈灰黑色，臭味异常。其污染主要来源于附近几个大型养猪场以及城市垃圾。
1.3 MFC工作原理
MFC是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
阳极：(CH2O)n CO2 + H+
阴极：Fe(CN)63- + e- Fe(CN)64-
微生物燃料电池阳极室内，产电菌在细胞内将黑臭底泥中的可降解有机物质代谢分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水，从而完成整个微生物燃料电池的电子传递过程。其实质是脱氢、失电子的过程，其中有酶、辅酶、电子传递体的参与。
1.4检测项目与方法
CODCr：重铬酸钾滴定法，WFZ UV-2000紫外可见分光光度计；臭阈浓度：臭阈值法[3]。
2 结果与分析
2.1 MFC产电性能
MFC在启动和运行期间外电路负载均采用1000 Ω。城市河道黑臭底泥中含有丰富的有机物，产电微生物通过降解有机物产生电子，电子通过阳极板流向外电路最终到达阴极，形成电流和电压。微生物燃料电池一个产电周期的产电情况见图2。
图2 MFC运行一个周期的电压变化情况
由图2可以看出，电池构建后初始电压为60 mV左右，MFC经历一个启动阶段，而后迅速升高至200 mV左右，进入较稳定的产电阶段。随着有机物被消耗，外电压逐渐降低，当外电压低于50 mV时，认为一个产电周期结束。
图3为MFC运行时内阻变化情况，与传统的燃料电池内阻相同，MFC内阻是指在运行过程中，电流通过MFC内部时受到的阻力。
图3 MFC运行时内阻变化情况
由图3可知，微生物燃料电池初始内阻较大，约为2700Ω，之后迅速下降，降幅明显大于中后期。电池内阻的变化主要由电解质和质子交换膜对电子和离子的传导阻碍、电极表面活化反应、反应物或反应产物向电极表面或溶液扩散等因素造成。此外，由于活性物质的存在，MFC的内阻通常不是常数。与传统燃料电池相似， MFC的最大输出功率与其开路电压的平方成正比，与其内阻成反比。因此，电池内阻是影响MFC产能的关键因素。
在微生物燃料电池启动成功后，还考察了其电能输出情况。当电压达到稳定值时，通过改变外电路电阻（10-9999Ω），分别得到了微生物燃料电池的功率密度曲线和极化曲线，如图4。
图4 功率密度和电压变化情况
由图4可知，在开路状态下，即电流密度为0时，功率密度为0。随着电流密度的增大，功率密度开始上升，当电流达到一定的数值时，功率密度达到峰值，约270 mV/m2。随着电流的继续增大，功率密度开始下降，造成这种变化的主要原因是电池内部的极化作用。实验测得 ，当外电阻Rext=1000 Ω时，K3[Fe(CN)6]阴极MFC的最大功率为269.5 mA/m2，此时，外电阻Rext等于内电阻Rint。
同时可以看出，K3[Fe(CN)6]阴极MFC产生的开路电压为0.68 V，通过极化曲线计算得到，内电阻Rint=－E/I=999 Ω，这与上述得到的结论Rext=1000 Ω相符。
2.2 MFC降解有机物性能
电池启动后，每隔一段时间用注射器从反应器取样口取出2 mL泥水样本，此处取样时间为电池运行的第45、63和122小时，经离心分离后，取上层清液用重铬酸钾法测定其COD。取样周期及电压变化情况如图5所示，对应的MFC运行时COD变化情况如图6所示。
图5 MFC运行时电压变化情况
图6 MFC运行时COD变化情况
从图5可以看出，每次取样均会使电压突降。主要是由于取样过程中影响了产电菌电子的产生和传递，使电流不能稳定输出，从而影响电压。
图6分别测定了新鲜底物注入反应器前、电池运行过程中以及产电周期结束后的COD值。由图可知，黑臭底泥的COD呈下降趋势。初始COD值为807.3 mg/L，一个产电周期结束后COD降为390.6 mg/L。这是由于电池运行时，产电菌附着在极板上，形成生物膜，从而降解有机物。运行稳定后，微生物生长状况良好，对有机物的降解速率明显高于前期启动阶段和后期电压下降阶段。结果表明，当电池运行一个周期后，COD的降解效率达51.6%，展现出了良好的运行效果和潜力。
2.3 MFC除臭性能
由微生物除臭的原理可知，微生物除臭是多种微生物共同作用的结果。在本研究中，选用EM菌作为生物除臭的特殊菌种，能使光和菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、放线菌七大类微生物中的10属80种有益微生物共生共荣，从而提高除臭性能。
该研究采用臭阈值表示除臭效果。表1为有添加EM菌和无添加EM菌除臭效果的比较结果。
表1 产电周期结束后污泥水样的臭阈值
序号 初始污泥 无添加EM菌 有添加EM菌
1 8330 4500 1520
2 8050 4310 1590
3 8470 4630 1470
4 8230 4440 1580
5 8170 4530 1690
平均值 8250 4482 1570
MFC运行过程中，产电的同时降解臭气，由表1可以看出，在无添加EM菌的情况下，臭阈值由原来的8250降为4482。投加EM菌后，臭气降解效果明显增加，臭阈值由原来的8250降为1570，除臭效果是未加EM菌的3倍。可知，投加EM菌能有效提高其除臭性能，同时不影响MFC的产电性能。
3 结论
1）构建的黑臭底泥为底物的双室微生物燃料电池装置具有良好的产电性能，最大输出功率密度可达到269.5 mA/m2。
2）MFC对于城市内河黑臭底泥有机污染有良好的降解效果，MFC运行一个周期后，COD的降解效率达51.6%。
3）投加EM菌的MFC臭域值约为无EM菌装置的1/3，除臭效果显著增加，同时产电性能未发生明显变化。因此，EM技术与MFC技术相结合，能够促进除臭和降解有机物的效果。
参考文献：
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电池污染范文4
关键词:环保;生物燃料电池;污水同步处理发电
收稿日期:2010-07-28
作者简介:陈丁丁(1982―),男,江西武宁人,助理工程师,主要从事环境工程方面研究。
中图分类号:Tk01
文献标识码:C
文章编号:1674-9944(2010)08-0207-03
1 引言
环保生物燃料电池并非刚刚出现的一项技术。1910年英国植物学家马克•比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流,于是他用铂作电极放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里,成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。1984年美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池,使用的燃料为宇航员的尿液和活细菌,不过放电率极低。传统的燃料电池是利用氢气发电,但从来没有尝试使用富含有机物的污水来发电。环保生物燃料电池是一种特殊的燃料电池,以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能。
2 环保生物燃料电池的工作原理
环保生物燃料电池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置,由阳极区和阴极区组成,中间用质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分开,如图1所示。环保生物燃料电池的工作过程分为几个步骤:在阳极区,微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化,这个过程要伴随电子和质子(NADH)的释放;释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上;电子通过导线转移到阴极区,同时,由NADH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区;在阴极区,电子、质子和氧气反应生成水,随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行,在外电路获得持续的电流[1],其反应式如下:
阳极反应:
C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,
E.0=0.1014V
阴极反应:
6O.2+24H++24e-12H.2O,
E.0=1.123V
图1 生物燃料电池结构示意图
3 环保生物燃料电池的利用领域
3.1 废水同步的处理与发电
3.1.1 单一槽设计
电池装置和氢燃料电池有点相似,是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。微生物燃料电池是单一反应槽,里面装有8条阳极石墨棒,围绕着一个阴极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路,用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后,细菌酶将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。其中电子流向阳极,而质子则通过槽内的质子交换膜流向阴极,并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的处理。与此同时,反应槽内正负极之间的电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。大部分燃料电池的设计以两反应槽为主,分别为阳极槽和阴极槽,在阳极槽中以厌氧方式维持微生物生长;阴极槽中则需维持在有氧环境下,使电子与氧结合并且与质子形成水分子。而单一反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另一槽内。两槽式的电解槽,需以外力方式提供溶氧至阴极,而单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气带入阴极,从而减少通氧设备的花费。在发电量方面,在实验室里,该设备能产生72W的电流,可以驱动一个小风扇。虽然目前产生的电流不多,但该设备改进的空间很大。从提交发明报告到现在,已经把该燃料电池的发电能力提高到了350W,这一数值最终能达到500~1000W。技术成熟后,可以批量生产的微生物燃料电池的发电能力将获得很大提高,可以产生500kw的稳定电流,大约是300户家庭的用电量。
3.1.2 不间断上流微生物燃料电池
华盛顿大学的研究人员日前称,他们把利用废水发电的微生物燃料电池技术又向前推进了一步。去年他们已研究出了这一利用废水发电的新技术,现在,他们又把新技术的发电量比去年提高了10倍。如果利用这一技术能使发电量再提高10倍的话,食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用于发电,并能为附近居民提供清洁和可再生电能[2]。华盛顿大学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思安晋南特博士在“环境科学技术”网站上介绍了这种不间断上流微生物燃料电池(UMFC)的设计以及工作原理。同过去那些让微生物在含有营养液的封闭系统中工作的实验不同的是,安晋南特为微生物提供的是源源不断的废水。由于食品和农业加工中会不停排放废水。因此,安晋南特的技术更容易在这些工厂得到应用。利用废水发电的微生物燃料电池技术,是在阳极室内安装价格低廉的U型质子交换膜,将阳极和阴极分开。废水中含有的有机物,可为细菌群提供丰富食物,使其得以生存和繁衍。这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜,同时在食用废水中有机物时向阳极释放电子,电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极,废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极,同电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。继2005年首次完成了废水发电的微生物燃料电池设计后,安晋南特新推出的U型设计增加了质子交换膜的面积、缩短了两极距离,因此降低了因阻力引起的能耗,使电池发电能力提高了10倍,每立方米溶液的发电量从3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料电池系统能够维持20W/m3的电力输出,就可以点亮小功率的灯泡。
3.1.3 利用太阳能和光和细菌的环保生物燃料电池
Noguera与土木与环境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,细菌学教授Timothy Donohue,研究员Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作发展出一种能在污水处理厂应用的大规模微生物燃料电池系统。目前,研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中,测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时,先把有机废水通入管中,作为副产品电子向阳极移动,然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中,电子和质子与氧气发生反应形成水。一块微生物燃料电池理论上最大可以产生1.2V电压。但是可以像电池一样把足够多的燃料电池并联和串联起来产生足够高的电压来作为一种有实际应用的电源。目前该研究小组正在利用他们在材料科学、细菌学和环境工程方面的优势来最优化微生物燃料电池的结构。
3.2 新型的环保燃料电池
英国牛津大学科研人员研制出一种新的环保生物电池,这种环保生物电池装有一种生化酶,可以吸收空气中的氢和氧来发电。这种生化酶是从一种需要氢气来维持新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的独特之处在于可以与那些如一氧化碳和硫化氢等常规的电池催化剂并存。这种酶是“生长型”的,因此能够以价格低廉、可再生等特点取代传统价格昂贵的铂基催化剂。这种电池消耗的是大气中的氧气和氢气。所使用的酶是从自然界中利用氢气进行新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的特性是具有高选择性,能够忍受对传统的燃料电池催化剂具有毒害作用的气体,例如一氧化碳和硫化氢。研究人员表示,由于这种酶能够生长,所以对比于其他的氢燃料电池所使用昂贵的铂催化剂而言,这是一种廉价的、可更新的环保燃料电池。
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3.3 生物医学的应用
环保生物燃料电池还可以造出另一种重要产品,根据电信号立即测出病人血糖水平的仪器。对于向包括起博器和胰岛素生成器等在内的可植入电控医学设备供电来说,环保生物燃料电池非常有用。这些设备需要无限的电源,这是因为更换这些设备的电池可能需要外科手术。BFC从活的生物体内提取燃料(例如从血流中提取葡萄糖)来产生电流。只要生物个体是活的,这种燃料电池就可以持续起作用[5]。
2010年8月 绿 色 科 技
第8期
4 结语
尽管环保生物燃料电池经数十年研究仍距实用遥远,燃料电池研究从20世纪90年代初开始又成为热门领域,现在仍在升温阶段。几种燃料电池已经处在商业化的前夜。另外,近20年来生物技术的巨大发展,为环保生物燃料电池研究提供了巨大的物质、知识和技术储备。所以,环保生物燃料电池有望在不远的将来取得重要进展。随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电化学的研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究的层层深入,环保生物燃料电池研究必然会得到更快的发展。环保生物燃料电池作为一种绿色环保的新能源,在生物医学等各个领域的应用的理想必然会实现。
参考文献:
[1] 韩保祥,毕可万.采用葡萄糖氧化酶的生物燃料电池的研究[J].生物工程学报,1992,8(2):203~206.
[2] 贾鸿飞,谢 阳,王宇新.生物燃料电池[J].电池,2000,30(2):86~89.
[3] 连 静,祝学远.直接微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J].科学技术与工程,2005(22):162~163.
[4] 尤世界,赵庆良.废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究[J].环境科学,2006,9(9):17~18.
[5] 宝 ,吴霞琴.生物燃料电池的研究进展[J].电化学,2004,2(1):1~8.
The Research and Foreground of Biofuel Cell
Chen Dingding
(Wuning Environmental Protection Bareau, Wuning JiangXi 332300,China)
Abstract:Biofuel cell is a device converting chemical energy into electrical energy directly with the biocatalysts, which has the advantages of abundant fuel resource, mild reaction condition and goodbiology consistence. And, Biofuel cell are capable of converting chemical energy presented in organic wastewater into electricity energy with accomplishments of wastewater treatments simultaneously , which possibly captures considerable benefits in terms of environments and economics.
电池污染范文5
关键词：污水处理厂；A/0工艺；设计特点；运行方式
中图分类号：TU318 文献标识码:A
阜新市污水处理工程是阜新市第一座污水处理厂，是市里的重点工程。工程总投资16648万元(包括部分管网)，其中利用德国政府贷款5500万元，用于主要设备的采购和技术支持。本工程由中国市政工程华北设计研究总院负责设计，由德国GKW咨询公司负责技术支持，设计时采用、吸收了一些国外先进的技术，部分设计参数采用德国标准。污水厂设计日处理污水能力为10万吨，采用A/0工艺。
一、污水厂工艺流图
图1污水厂工艺流程图
二、生物池平面布置
主要由两组生物池组成，每组主要尺寸如下：80m×44m×6.1m(水深5.57m)
图2生物池平面图
每组生物池又分为6个格区，C1、C2、C3 、C4、C5、C6，由C1格进水，经由C2、C3 、C4、C5，由C6格出水，每个格区具体尺寸见表1：
三、生物池设计特点
1、生物池与以往的完全推流式不同，每池分为六小格，污水和回流污泥连续从C1池子到C6池子。每小格内水流为混流式，整池形成推流式，使生物池的抗冲击负荷能力增强。
2、在每座生物池的分格布置时，使进水与出水两个格紧邻，其中C1与C2、C2与C3 、C3与C4之间有3×2.5m矮墙隔开，两个池了间的连结用宽3m、标高120.00的堰板，C4与C5、C5与C6之间无隔断，从一个池子到下一个的水头损失很小。以降低内回流泵的扬程，与以往的做法相比，内回流泵的扬程降低很多，仅为0.9米，降低了常年运行电耗。
3、设计时考虑冬、夏季温差较大，停留时间不同，池中六个小格中有两个格为可调节段，增加了运行操作的灵活性(详见运行方案)。
4、生物池内采用盘式曝气头，曝气头个数每个池都不相同(见表1)，在满足对溶解氧的需求同时，根据每个池子的容积及工艺需要来计算曝气头个数，即节约了工程投资，又降低了运行成本。池子4、5、6只安装暴气装置，池子2、3装备暴气装置和搅拌器，因为2、3池子可做为缺氧池（脱氮）或做为暴气池（如冬天硝化）运行。池了1只装备搅拌器，可做为缺氧池（脱氮）或做厌氧池（提高生物除磷）。C6池容积较大。但曝气头个数最少，主要是考虑内回流时如果DO值大，则影响反硝化的效果。C2、C3 内曝气头采用非均匀布置(见图3 )，C4、C5、C6内曝气头采用均匀布置，其中C4内共25排，每排50个曝气头，其中C5内共25排，每排42个曝气头，其中C6内共22排，每排31个曝气头。
图3生物池曝气头平面布置
5、在每个池子的空气输入管道上安装一个自动空气控制阀。这个阀依靠一个池子里的在线O2传感器测量氧气含量来自动调节，使氧气含量保持不变。
四、生物池运行方案：
由于生物池的设计特点，决定了其运行的灵活性，主要表现如下(详见表2及附图)：
1、在T＞14℃时，初沉池通常不运行；
2、在不运行内循环泵的情况下，C1池做为生物除P池；在运行内循环泵的情况下，C1池做为DN池，C1池的水利停留时间大约1.1小时。
3、当T＜10℃时，C2、C3曝气，内循环泵不运行。
4、当T＜8℃时，不能保证硝化进行完全，出水中氨的浓度含量较高。
5、如果内循环进入C2则为A2/O工艺；否则为A/O工艺。
6、C2、C3池即可曝气也可搅拌，如果C2曝气，则C3必需曝气。
7、要求生物池水温在12℃以上,在T4～C6格区曝气;冬天C2～C6格区曝气或C3～C6格区曝气。
表2
五、主要运行参数
a)初沉池运行：
设计温度：11℃
MLSS:3.3g/l
泥龄:11.2d
污泥负荷: 0.099kgBOD5/kgMLSS.d
VDN/VBB:0.35
b)初沉池不运行：
设计温度：14℃
MLSS:3.8g/l
泥龄:7.25d
污泥负荷: 0.117kgBOD5/kgMLSS/d
VDN/VBB: 0.25
混合液回流比：100%
水利停留时间：9.42小时(缺氧段：2.28小时，好氧段：6.64小时)
进水水质：
BOD：128mg/l;
SS：100mg/l;
NH4-N：35mg/l;
TP：3mg/l.
六、结语
通过几年多的运行，各项指标均满足设计要求。通过以上的介绍，抛砖引玉，希望能开拓国内设计人员的设计思路，为我国的环保事业尽一份力。
参考文献
电池污染范文6
关键词：废旧电池 重金属污染 回收再利用
一、废旧电池的污染及危害
在现实生活中废旧电池的污染已成为相当严重的问题，我们日常所用的普通干电池。它们都含有汞、锰、镉、铅、锌、镍等各种金属物质。废旧电池被遗弃后，电池的外壳会慢慢腐蚀，其中的重金属物质会逐渐渗入水体和土壤，造成污染。如果人一旦食用受污染的土地生产的农作物或是喝了受污染了的水，这些有毒的重金属就会进入人的体内，慢慢的沉积下来，对人类健康造成极大的威胁！据测量一节一号电池烂在土壤里，可以使一平方米土地失去利用价值；一个扣钮电池可以污染60万升水，相当于一个人一生的饮水量。废旧电池造成的污染是惊人的。下面着重介绍电池中所含的几种金属对人类的危害。
1．锰： 过量的锰蓄积于体内引起神经障碍，早期表现为综合紊乱。较重者出现两腿发沉，语言单调，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
2．锌：锌的盐类能使蛋白质沉淀,对皮膜粘膜有刺激作用。当在水中浓度超过10-50毫史/升时有致癌危险，可能引起化学性肺炎。
3．铅：铅主要作用于神经系统、活血系统、消化系统和肝、肾等器官能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟红细胞，对婴幼儿影响甚大，它将导致儿童体格发育迟缓，慢性铅中毒可导致儿童的智力低下。
4．镍：镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经，引起血管变异，严重者导致癌症。
5．镉：镉进入人体使人的肝和肾受损，也会引起骨质松软，重者造成骨骼变形。
6．汞：它在这些重金属污染物中是最值得一提的，这种重金属，对人类的危害，确实不浅。长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒的物质――汞或汞的化合物。我国的碱性干电池中的汞的含量达到1-5%,中性干电池为0.025%。全国每年用于生产干电池的汞具有明显的神经毒性,此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响。1953年，发生在日本九州岛的震惊世界的水俣病事件，给人类敲响了汞污染的警钟。
以上这些金属的污染最大特点是在自然界不能降解，只能通过净化作用，才能将污染消除。重金属的污染，威胁着人类的健康，如果人类忽视对重金属污染的控制，最终将吞下自酿的苦果，因此，加强废旧电池的回收就更显重要了。
二、废旧电池的回收
对废旧电池的回收利用应该有严格的程序：
1.放置专用的废旧电池回收桶
2.定期专人上门收集
3.电池分类
4.库房分类并安全储存
5.集中到一定数量后运至专门的处理厂
6.处理利用稀有重金属
在这个程序中，回收是第一步，没有回收就没有处理，做好回收工作是关键，好的开头是成功的一半。
三、废旧电池的处理
国际废旧电池处理方式。国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井，回收利用。
1．固化深埋、存放于废矿井
废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。
2．回收利用
（1）常压热处理法
常压冶金法在处理废旧电池时，通常有两种方法：一是低温下加热旧电池，可提取挥发出的汞，温度更高时回收锌和其他重金属。二是在高温下焙烧废旧电池，使其中易挥发的金属及其氧化物挥发，残留物可作冶金中间物产品或另行处理。
（2）真空热处理法
真空热处理法需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。
（3）湿处理法
废旧电池的湿法处理技术是基于电池中金属及其化合物溶于酸的原理，除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净。
四、对废旧电池危害的认识
废旧电池造成的污染已相当严重，但却未受到足够的重视。通常情况下人们对废旧电池的处理就随手一丢，大多数人会认为这是很正常的。也许多数人会问： “ 就这么一个小东西对于地球来说，能有什么了不起呢！还说什么破坏？”所以处理废旧电池最大的困难是在目前认识水平上产生的技术困难和经济困难，归根到底还是与认识相关。
废旧电池的回收是件利国利民的大事，建立一个完善有效的回收网络和体系，加强宣传引导，科学地认识废电池对环境的影响。鼓励公民积极参与回收废电池的活动。 对废旧电池做善后处理的同时，也需要从源头上做出努力，要求制造商逐步降低电池中汞含量，最终禁止向电池中添加汞，并且逐步淘汰含镉电池。
参考文献：
[1] 杨坤宇，《电源技术》
[2] 刑伟重，《矿冶》（北京），1996
