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電池污染范文1

廢舊電池的危害主要集中在其中所含的少量重金屬上，如鉛Pb、汞Hg（無機汞和甲基汞）、鎘Cd等。

這些有毒物質通過各種途徑進入人體內，長期積蓄難以排除，損害神經系統、造血功能和骨胳，甚至可以致癌。有關資料顯示，一節一號電池腐爛在地下，能使1m2的土壤永久失去使用價值；1粒紐扣電池可使600t水受到污染，相當于一人一生的飲水量。人體一旦吸收這些重金屬以后，會出現哪些病癥呢？據有關醫學專家介紹，汞及其化合物，特別是有機汞化合物具有很強的生物毒性、較快的生物富集放大速率和較長的腦器官生物半衰期。無機汞可以轉變成甲基汞，聚積在魚類等的身體里，人食用了這種魚后，甲基汞會進入人的大腦細胞，使人的神經系統受到嚴重破壞。人們食用了被汞污染的水后，會發生汞中毒，慢性汞中毒的主要癥狀為易興奮癥、震顫、口腔炎，輕度中毒有神經衰弱綜合癥、植物神經功能紊亂，以及急躁、易怒、好哭等，重度中毒時發生明顯的性格改變、情感障礙、智力減退。

鎘為人體不需要元素，人體中的鎘是出生后從外環境經呼吸道和消化道攝取而蓄積的。鎘是一種毒性很強、對環境危害性很大的污染物質。鎘會使骨質疏松，造成骨骼變形、骨痛，并引起肝和腎受損等嚴重后果。慢性中毒的臨床表現為肺氣腫、骨質改變與貧血。鎘會干擾含鋅酶的作用，成為起高血壓的原因。

鉛是蓄電池生產的主要原料。人的呼吸道是吸收鉛的主要途徑，進入呼吸道的鉛約有25%~30%被吸收。人體內不需要鉛元素來維持正常的生理功能。人體每天攝取的有機鉛和無機鉛約0.3~0.4mg，正常時鉛的排泄量為每日0.6~1.0mg，在一般情況下，鉛并不引起中毒現象。但在含鉛量較高的環境中，人體吸收的鉛量超過排泄量時，很容易發生急性或慢性中毒現象。鉛進入人體后，轉入骨髓中并沉積為不溶性的磷酸三鉛，然后再轉化為磷酸氫鉛，進而自骨中流入血液中，引起神經、血液、內臟器官等綜合性病變，即發生中毒癥狀。此外，鉛還可能通過母體胎盤造成對胎兒的毒害作用。據對新生兒致畸調查結果顯示，受鉛污染區域新生兒致畸率高于未受鉛污染區域。美國研究認為，人體血鉛濃度增加，對健康程度的嚴重不利影響也相應增加。

電池是一種日用品，離我們人類生活特別近，而現實生活中許多消費者將用完的廢電池扔在旅游景區、操場邊、路旁、水溝里，隨便丟棄廢電池的現象還很嚴重。隨著電子產品的日益豐富，電池的銷售量還將持續上升，專家們認為，由于電池污染具有周期長、隱蔽性大等特點，其潛在危害相當嚴重，處理不當還會造成二次污染。電池的組成物質在電池的使用過程中不會對環境造成影響。但經過長期機械磨損和腐蝕，使得內部的重金屬和酸堿等泄漏出來，進入土壤或水源，就會通過各種途徑進入人的事物鏈，生物從環境中攝取的重金屬可以經過事物鏈的生物放大作用，逐級在較高級別的生物中中成千上萬的蓄積，然后經過食物進入人的身體，在某些器官中蓄積造成慢性中毒。

2廢舊電池的回收利用價值

重金屬污染威脅著人類的健康，但電池還是要用的，而且數量也不會減少，廢舊電池不僅不是垃圾，還是可再生利用的二次資源。以占我國電池總量92.5％的鋅錳電池為例，1號廢舊鋅錳電池的組成，重量70g左右，其中碳棒5．2g，鋅皮7．0g，錳粉25g，銅帽0．5g，其他32g。其中的有用物質鋅、放電二氧化錳、鐵、銅、汞及石墨，占電池總量的75％左右，僅鋅、放電二氧化錳、鐵就占了70％，可以作為資源化的主要對象。廢舊電池的胡亂丟棄既會造成環境污染，威脅人類安全，又浪費了資源，從資源綜合利用的角度考慮，廢舊電池含有的有價金屬和物質的再生要比從礦石中提取更容易，同時又能減輕對環境的污染，有利于于人民健康。因此，對廢舊電池的回收利用是利國利民的事情，符合可持續發展戰略。

3對防治廢舊電池污染環境的建議

3.1加大宣傳力度，全面提高認識

發展環保產業能促進經濟發展和社會進步、實現國民經濟的良性循環。要進一步提高發展環保相關產業的認識，重點明確環保產業既是公益事業，又是經濟活動，是既有社會效益又有經濟效益的產業。要加大宣傳力度，轉變國人的觀念，提高全民的環保意識；同時在公共場所設立廢舊電池回收箱；并聯合生產和銷售電池的企業、商業等領域推出電池以舊換新業務，以達到集中回收的目的。國家應采取有效措施限制普通鋅錳電池的生產，積極引導電池行業改變產業結構，支持它們向堿性電池、鎳氫電池、鋰電池等低污染或無污染的環保型電池方向發展。

3.2發展資源節約型環保相關產業

在環保相關產業的發展中,要將循環經濟的理念貫徹到環保產品生產的整個生命周期中,發展資源節約型的環保產業鏈。節約能源、節約用水、……節約資源等是發展環保相關產業的思路,保護修復自然生態、加大環境保護力度、強化資源管理等觀點是環保相關產業發展的主要內容。國家應在原來優惠政策的基礎上，繼續制訂一系列政策，采取一些切實可行的措施，繼續鼓勵發展化工環保技術產業，以帶動和促進廢棄物的回收及綜合利用。

3.3建立科學的廢舊電池回收渠道

廢舊電池的回收是循環再利用的第一步，居民對廢舊電池的危害認識不足，沒有普遍形成自覺收集、自覺上交的意識，所以廢舊電池回收難以成氣候，政府及社會各界都應積極行動起來投入到其中去。首先，國家應制定相關的政策法規，規定廢舊電池必須回收，禁止將廢舊電池隨意丟入生活垃圾之中。其次，要加大宣傳力度，提高公眾的環境責任意識，使越來越多的人樹立廢舊電池必須回收利用的觀念，從而自覺參與回收活動。同時，改進現有的回收方式，如以舊換新、上門服務、加大設立回收桶密度等，讓市民樂于廢舊電池回收。新晨

3.4對廢舊電池進行回收利用

廢舊電池對環境造成污染，但其中的鎘、鎳有較高的回收利用價值。按照我國環境保護規定“誰污染誰治理”的原則，應該把廢舊干電池回收作為保護環境、治理污染的高度來認識，國家通過立法，規定由電池生產企業承擔起廢舊電池回收、貯存和利用的主要責任，這一方面會促使電池生產企業積極開發環保型的電池產品，另一方面，促使其開發出電池回收利用經濟可行的方法，并組織實施。電池生產廠家要施行環保工藝，將污染控制到最小，廢舊干電池的回收和再利用就變得簡單、便利了，這樣既充分利用資源，又可減少環境污染，有較好的經濟和環境效益。

4結語

電池污染具有周期長、隱蔽性大等特點，其潛在危害相當嚴重，處理不當還會造成二次污染。因此，我國政府應對公眾進行宣傳教育，提高全民的環保意識；應采取強制措施，堅決取締環保不能達標的廢舊電池生產企業，歸口統一管理，并予以政策的傾斜和保護，鼓勵各電池制造企業努力探索廢舊電池綜合利用新技術，并對獲得成功的企業進行及時的表彰和獎勵。

參考文獻

1葛俊森，梁渠.水中重金屬危害現狀及處理方法[J].廣州化工，2007（35）

電池污染范文2

電池在我們的生活中發揮著非常重要的作用，但在使用過程中卻帶來了嚴重的環境問題。一節一號電池腐爛在地里，能使一平方米土壤永久失去利用價值；一粒紐扣電池可使600噸水受到污染，相當于一個人一生的飲水量。嚴峻的現實迫使我們尋找電池發展的新出路，生物燃料電池的問世讓我們看到了曙光。本文初步介紹了生物燃料電池的基本情況，以期能開闊視野，對中學化學教學有所裨益。

1穿越歷史，生物燃料電池向我們走來

早在19世紀初，英國化學家戴維就提出了燃料電池的設想，1839年英國人格拉夫發明了最早的氫燃料電池[1]?？梢哉f發展到今天，氫燃料電池已成為了最成熟的燃料電池，但在氫氣的制備、輸送、電池的能量轉化率、使用安全性等方面存在許多問題，陷入了尷尬的發展處境[2]。生物燃料電池的出現又讓我們充滿了新的期待。

生物燃料電池的發展可追溯到20世紀初，1910年英國杜漢姆大學植物學教授Michael Cresse Potter用酵母和大腸桿菌進行試驗時，發現了微生物也可以產生電流,從而拉開了生物燃料電池研究的序幕。六十年代，為了將長途太空飛行中的有機廢物轉化成電能，美國航空航天管理局投入了大量的人力和物力進行研究，真正掀起了生物燃料電池研究的。后來盡管由于技術原因，生物燃料電池曾一度陷入停滯狀態，但七、八十年代出現的石油危機又讓電池家族的新成員成為人們矚目的中心，自此之后迎來了更加廣闊的發展前景[3]。

簡言之，生物燃料電池就是以微生物、酶為催化劑，將有機物（如糖類等）中的化學能直接轉化成電能的一種電化學裝置。根據電池中使用的催化劑種類，可將生物燃料電池分為微生物燃料電池和酶燃料電池兩種類型。

2兩種典型的生物燃料電池

2.1 微生物燃料電池

典型的微生物燃料電池如上圖所示，它由陽極室和陰極室組成，質子交換膜將兩室分隔開。它的基本工作原理可分為四步來描述:(1)在微生物的作用下，燃料發生氧化反應，同時釋放出電子;(2)介體捕獲電子并將其運送至陽極;(3)電子經外電路抵達陰極，質子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室;(4)氧氣在陰極接收電子，發生還原反應。我們以葡萄糖為例來具體地說明這個過程[1]：

陽極半反應：

C6H12O6+6H2O6CO2+24H++24e-E0=0.014V

氧化態介體 + e-還原態介體

陰極半反應:

6O2+24H++24e-12H2O E0=1.23V

2.2 酶燃料電池

如下圖，葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運送至陽極，再經外電路到陰極。雙氧水得到電子，并在微過氧化酶的作用下還原成水。

陽極半反應：葡萄糖葡萄糖酸＋2H++2e

陰極半反應：H2O2+2H++2e2H2O[3]

2.3生物燃料電池中的介體及其作用

2.3.1介體的作用

在生物電池的設計中一個最大的技術瓶頸就是如何有效地將電子從底物運送至電池的陽極。科學家設想在陽極室加入一種或幾種化學物質，作為運輸電子的介體。介體的作用如圖3所示。

2.3.2 介體需滿足的條件[1][3]

經過研究發現充當介體的分子必須具備嚴格的條件：①介體的氧化還原電極電勢應與代謝物的電勢相一致；②介體的氧化態和還原態都應易溶于電解質溶液；③在溶液中有足夠的穩定性且不能吸附在細菌細胞或電極的表面；④介體的電極反應快；⑤微生物燃料電池中的介體應易于穿透細胞膜且對微生物無毒害作用；⑥微生物燃料電池中的介體在得到電子后應易于從細胞膜中出來；⑦介體的任一種氧化態都不會對微生物的代謝過程造成干擾。

生物燃料電池中常用的介體有硫堇、EDTA-Fe(Ⅲ)、亞甲基藍、中性紅等。

3 生物燃料電池的優點

與傳統的化學電池技術相比，生物燃料電池具有操作上和功能上的優勢（表1）。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次，不同于現有的生物能處理，生物燃料電池能在常溫、常壓甚至是低溫的環境條件下都能夠有效運作，電池維護成本低、安全性強。第三，生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，不會產生污染環境的副產物。第四，生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體。第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區，生物燃料電池具有廣泛應用的潛力。

表1化學燃料電池與生物燃料電池比較[3]

4生物燃料電池的用途[1][5]

4.1改善汽車的燃料結構

使用生物燃料電池，1L糖類物質的濃溶液氧化產生的電能可供一輛中型汽車行駛25-30 Km,如果汽車的油箱為50L的話，裝滿糖后可連續行駛1000Km而不需要再補充能源。使用生物燃料電池，一方面可控制因化石燃料燃燒導致的空氣污染問題，另一方面還可避免因發生交通事故而引發的汽油起火燃燒甚至是爆炸。

4.2污水處理

2005年，由美國賓夕法尼亞州立大學的科學家洛根率領的一個研發小組宣布，他們研制出一種新型的微生物燃料電池，可以把未經處理的污水轉變成干凈用水和電能。

4.3為可植入人體內的設備提供能量支持

2005年日本東北大學教授西澤松彥領導的研究小組新開發出了一種利用血液中的糖分發電的燃料電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內的測定血糖值的裝置提供充足電量、為心臟起搏器提供能量。

4.4 在機器人設計中的作用

2001年英國西英格蘭大學的科學家們研制出了一種名為“Slugbot”的機器人（如圖5），專門用于搜捕危害種植業的鼻涕蟲。“Slugbot”將抓獲的鼻涕蟲放在一容器里，在酶的作用下將其轉化成電能。

2000年美國南佛羅里達大學科學家斯圖亞特.威爾金森（Stuart Wilkinson）宣稱，他們已經研制出了一種需要吃肉以給體內補充電能的機器人Chew Chew。 這種機器人體內裝有一塊微生物燃料電池，為機器人運動和工作提供動力。這種微生物燃料電池可以通過細菌產生酶，消化肉類食物，然后把獲取的能量再轉化為電能，供給機器人使用。

4.5在航空航天上的使用

為處理密閉的宇宙飛船里宇航員排出的尿液，美國宇航局設計了一種巧妙的方案：用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，產生氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質，這樣既處理了尿液，又得到了電能。一般在宇航條件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦電力。

5 生物燃料電池發展展望

在化石燃料日趨緊張、環境污染越來越嚴重的今天，生物燃料電池以其良好的性能向我們展示了一個美好的發展前景。但不可否認的是，由于技術條件的制約，目前生物燃料電池的研究和使用還處于不成熟階段：電池的輸出功率小、使用壽命短。例如美國得克薩斯大學亞當?海勒博士研制的葡萄生物電池能提供的功率僅為2.4微瓦，這說明要點燃一個小燈泡需要100萬株葡萄，并且產電能每天都在衰減。由此導致生物燃料電池的使用范圍非常狹小，遠沒有達到全面推廣的時期。研究人員正在積極研究，努力克服這一瓶頸。

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5.1開發無介體生物燃料電池[5]

有一類鐵還原性微生物，由于其細胞膜上有豐富的細胞色素，表現出較強的電化學活性，在生物電池中能直接將電子轉移至陽極而不需要借助任何介體。研究表明Rhodoferax ferrireduler和Geobacteraceae種群的微生物都具有這種功能，它們在電池內發生的反應可表示為：

C6H12O6+6H2O+24Fe(Ⅲ) 6CO2+24Fe(Ⅱ)+24H+

+24e-。

無介體生物燃料電池的優點主要表現為有充足的空間，有利于提高電子轉移的效率和速率。

5.2加強對電極的修飾[4]

學者Derek R. Lovley等用石墨氈和石墨泡沫代替碳棒作為電池的陽極，研究發現電池的電能輸出大大增加，約為原來的三倍。說明增大電極的表面積可以增大吸附在電極表面的微生物和酶的密度，從而增加電量的輸出。

Zhen He等在微生物燃料電池中用微生物來修飾陰極，加快了氧氣的還原反應速率，極大地提高了電池輸出的電流密度。

5.3 選擇合適的質子交換膜[4][6]

質子交換膜能有效地維持電池兩極室內酸堿度的平衡，保證電池反應的正常進行。Liu和Logan在電池的設計中取消了質子交換膜，結果發現電池的庫侖輸出效率由55%降到了12%；Min et al.研究發現如果氧氣由陰極室進入陽極室，電池的庫侖輸出效率會從55%降至19%。這說明質子交換膜的質量好壞關系到生物燃料電池的性能，選擇合適的質子交換膜，增強質子的穿透性而降低氧氣的擴散成為了生物燃料電池開發中的一個重要環節。

5.4 開發光化學生物燃料電池[5]

利用光合細菌或藻類吸收太陽光，并將其轉化成電能的裝置稱為光化學生物燃料電池?？茖W家曾設計出這樣的一種電池：用石墨作陽極，陽極室內有項圈藻和可溶性奎寧介體；陰極也為石墨電極，電解質溶液為鐵氰化鉀。把這種電池先放在陽光下光照10小時，然后在黑暗的環境中放置10小時，發現可產生1mA的電流（外電路電阻為500歐），只不過光子轉化成電子的效率只有0.2%。后來人們又用Synechococcus細菌來代替項圈藻，發現轉化率可提高到3.3%。

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致謝：本文在寫作過程中，得到化學系樂翠娣老師的指導和幫助，謹致以誠摯的謝意!

電池污染范文3

關鍵字：微生物燃料電池；黑臭底泥；降解有機物；產電；除臭

中圖分類號：TU992 文獻標志碼：A

近年來，水體污染日益嚴重，城市黑臭河道日益增多，給人民的生活生產造成了嚴重的影響。我國每年投入大量的人力物力解決河道黑臭問題，而傳統的底泥清淤、底泥固化等處理方式治標不治本，同時消耗的大量的能源；而微生物燃料電池以其節能減排、變廢為寶的優勢受到人們廣泛關注。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）是利用厭氧或兼性微生物的催化作用，在氧化有機物、無機物的過程中提取電子并將其轉移至電極上，將化學能直接轉化為電能的裝置[1]。以城市河道黑臭底泥為底物的微生物燃料電池在新能源的開發和河道治理上提供了一個很好的思路。

有效微生物群（EM菌）是由乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、醋酸菌、雙歧桿菌、放線菌七大類微生物中的10屬80種有益微生物共生共榮組成的[2]，EM技術是目前世界上應用范圍最大的一項生物工程技術，和一般生物制劑相比，它具有結構復雜、性能穩定、功能齊全的優勢，表現出前所未有的高科技水平。

本研究將EM技術與MFC技術結合，構建了以黑臭底泥為底物的微生物燃料電池（MFC)，研究裝置的產電性能、降解有機物和除臭效果，為解決河道黑臭底泥污染提供新思路。

1 材料和方法

1.1 雙室微生物燃料電池裝置的構建

雙室微生物燃料電池裝置由陽極、陰極和質子交換膜三個部分組成，見圖1。該裝置由有機玻璃材料制成，陰陽兩極室體積各為192.5 mL，極室的尺寸設計為70 mm×50 mm×55 mm（長×寬×高）。每個極室上方開3個小孔，分別為導線出口、底物進出口以及二氧化碳等廢氣出口。陰陽兩極室之間由質子交換膜相隔。陽極極板為軟碳布，陽極中加入EM菌，陰極為鉑金材料。以黑臭底泥為陽極室底物及產電菌菌源和電子供體，以鐵氰化鉀/磷酸鹽（100 mM/L）緩沖液作為陰極電解液和電子受體。

圖1 MFC構造外電路

如圖1所示，將銅導線與電極連接，用于引出并傳遞電子，外電路由銅導線與可變電阻箱（0-9999.9Ω）連接而成。多用電表并聯于外電阻兩端，用于測外電路電壓，并與計算機連接，實時采集數據并保存于計算機中。

1.2 陽極底物的選擇

本研究選取福州市烏龍江分支烏兮河河道黑臭底泥作為底物，構建典型的雙室微生物燃料電池。烏兮河為城市內河中典型的黑臭河道，死魚、生活垃圾漂浮于河中，河水呈灰黑色，臭味異常。其污染主要來源于附近幾個大型養豬場以及城市垃圾。

1.3 MFC工作原理

MFC是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。

陽極：(CH2O)n CO2 + H+

陰極：Fe(CN)63- + e- Fe(CN)64-

微生物燃料電池陽極室內，產電菌在細胞內將黑臭底泥中的可降解有機物質代謝分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑在陰極得到電子被還原與質子結合成水，從而完成整個微生物燃料電池的電子傳遞過程。其實質是脫氫、失電子的過程，其中有酶、輔酶、電子傳遞體的參與。

1.4檢測項目與方法

CODCr：重鉻酸鉀滴定法，WFZ UV-2000紫外可見分光光度計；臭閾濃度：臭閾值法[3]。

2 結果與分析

2.1 MFC產電性能

MFC在啟動和運行期間外電路負載均采用1000 Ω。城市河道黑臭底泥中含有豐富的有機物，產電微生物通過降解有機物產生電子，電子通過陽極板流向外電路最終到達陰極，形成電流和電壓。微生物燃料電池一個產電周期的產電情況見圖2。

圖2 MFC運行一個周期的電壓變化情況

由圖2可以看出，電池構建后初始電壓為60 mV左右，MFC經歷一個啟動階段，而后迅速升高至200 mV左右，進入較穩定的產電階段。隨著有機物被消耗，外電壓逐漸降低，當外電壓低于50 mV時，認為一個產電周期結束。

圖3為MFC運行時內阻變化情況，與傳統的燃料電池內阻相同，MFC內阻是指在運行過程中，電流通過MFC內部時受到的阻力。

圖3 MFC運行時內阻變化情況

由圖3可知，微生物燃料電池初始內阻較大，約為2700Ω，之后迅速下降，降幅明顯大于中后期。電池內阻的變化主要由電解質和質子交換膜對電子和離子的傳導阻礙、電極表面活化反應、反應物或反應產物向電極表面或溶液擴散等因素造成。此外，由于活性物質的存在，MFC的內阻通常不是常數。與傳統燃料電池相似， MFC的最大輸出功率與其開路電壓的平方成正比，與其內阻成反比。因此，電池內阻是影響MFC產能的關鍵因素。

在微生物燃料電池啟動成功后，還考察了其電能輸出情況。當電壓達到穩定值時，通過改變外電路電阻（10-9999Ω），分別得到了微生物燃料電池的功率密度曲線和極化曲線，如圖4。

圖4 功率密度和電壓變化情況

由圖4可知，在開路狀態下，即電流密度為0時，功率密度為0。隨著電流密度的增大，功率密度開始上升，當電流達到一定的數值時，功率密度達到峰值，約270 mV/m2。隨著電流的繼續增大，功率密度開始下降，造成這種變化的主要原因是電池內部的極化作用。實驗測得 ，當外電阻Rext=1000 Ω時，K3[Fe(CN)6]陰極MFC的最大功率為269.5 mA/m2，此時，外電阻Rext等于內電阻Rint。

同時可以看出，K3[Fe(CN)6]陰極MFC產生的開路電壓為0.68 V，通過極化曲線計算得到，內電阻Rint=－E/I=999 Ω，這與上述得到的結論Rext=1000 Ω相符。

2.2 MFC降解有機物性能

電池啟動后，每隔一段時間用注射器從反應器取樣口取出2 mL泥水樣本，此處取樣時間為電池運行的第45、63和122小時，經離心分離后，取上層清液用重鉻酸鉀法測定其COD。取樣周期及電壓變化情況如圖5所示，對應的MFC運行時COD變化情況如圖6所示。

圖5 MFC運行時電壓變化情況

圖6 MFC運行時COD變化情況

從圖5可以看出，每次取樣均會使電壓突降。主要是由于取樣過程中影響了產電菌電子的產生和傳遞，使電流不能穩定輸出，從而影響電壓。

圖6分別測定了新鮮底物注入反應器前、電池運行過程中以及產電周期結束后的COD值。由圖可知，黑臭底泥的COD呈下降趨勢。初始COD值為807.3 mg/L，一個產電周期結束后COD降為390.6 mg/L。這是由于電池運行時，產電菌附著在極板上，形成生物膜，從而降解有機物。運行穩定后，微生物生長狀況良好，對有機物的降解速率明顯高于前期啟動階段和后期電壓下降階段。結果表明，當電池運行一個周期后，COD的降解效率達51.6%，展現出了良好的運行效果和潛力。

2.3 MFC除臭性能

由微生物除臭的原理可知，微生物除臭是多種微生物共同作用的結果。在本研究中，選用EM菌作為生物除臭的特殊菌種，能使光和菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、醋酸菌、雙歧桿菌、放線菌七大類微生物中的10屬80種有益微生物共生共榮，從而提高除臭性能。

該研究采用臭閾值表示除臭效果。表1為有添加EM菌和無添加EM菌除臭效果的比較結果。

表1 產電周期結束后污泥水樣的臭閾值

序號 初始污泥 無添加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運行過程中，產電的同時降解臭氣，由表1可以看出，在無添加EM菌的情況下，臭閾值由原來的8250降為4482。投加EM菌后，臭氣降解效果明顯增加，臭閾值由原來的8250降為1570，除臭效果是未加EM菌的3倍?？芍?，投加EM菌能有效提高其除臭性能，同時不影響MFC的產電性能。

3 結論

1）構建的黑臭底泥為底物的雙室微生物燃料電池裝置具有良好的產電性能，最大輸出功率密度可達到269.5 mA/m2。

2）MFC對于城市內河黑臭底泥有機污染有良好的降解效果，MFC運行一個周期后，COD的降解效率達51.6%。

3）投加EM菌的MFC臭域值約為無EM菌裝置的1/3，除臭效果顯著增加，同時產電性能未發生明顯變化。因此，EM技術與MFC技術相結合，能夠促進除臭和降解有機物的效果。

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[3] 水和分水檢測分析方法（第四版）[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2002.

電池污染范文4

關鍵詞:環保;生物燃料電池;污水同步處理發電

收稿日期:2010-07-28

作者簡介:陳丁丁(1982―),男,江西武寧人,助理工程師,主要從事環境工程方面研究。

中圖分類號:Tk01

文獻標識碼:C

文章編號:1674-9944(2010)08-0207-03

1 引言

環保生物燃料電池并非剛剛出現的一項技術。1910年英國植物學家馬克•比特首次發現了細菌的培養液能夠產生電流,于是他用鉑作電極放進大腸桿菌和普通酵母菌培養液里,成功制造出了世界第一個微生物燃料電池。1984年美國制造了一種能在外太空使用的微生物燃料電池,使用的燃料為宇航員的尿液和活細菌,不過放電率極低。傳統的燃料電池是利用氫氣發電,但從來沒有嘗試使用富含有機物的污水來發電。環保生物燃料電池是一種特殊的燃料電池,以自然界的微生物或酶為催化劑,直接將燃料中的化學能轉化為電能。

2 環保生物燃料電池的工作原理

環保生物燃料電池(Microbial Fuel Cell MFC)是以微生物作為催化劑將碳水化合物中的化學能轉化為電能的裝置,由陽極區和陰極區組成,中間用質子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)分開,如圖1所示。環保生物燃料電池的工作過程分為幾個步驟:在陽極區,微生物利用電極材料作為電子受體將有機底物氧化,這個過程要伴隨電子和質子(NADH)的釋放;釋放的電子在微生物作用下通過電子傳遞介質轉移到電極上;電子通過導線轉移到陰極區,同時,由NADH釋放出來的質子透過質子交換膜也到達陰極區;在陰極區,電子、質子和氧氣反應生成水,隨著陽極有機物的不斷氧化和陰極反應的持續進行,在外電路獲得持續的電流[1],其反應式如下:

陽極反應:

C.6H.12O.6 + 6H.2O 6CO.2 + 24H++24e-,

E.0=0.1014V

陰極反應:

6O.2+24H++24e-12H.2O,

E.0=1.123V

圖1 生物燃料電池結構示意圖

3 環保生物燃料電池的利用領域

3.1 廢水同步的處理與發電

3.1.1 單一槽設計

電池裝置和氫燃料電池有點相似,是一個圓柱形的樹脂玻璃密閉槽。微生物燃料電池是單一反應槽,里面裝有8條陽極石墨棒,圍繞著一個陰極棒,密閉槽中間以質子交換膜間隔。密閉槽外部以銅線組成的閉合電路,用作電子流通的路徑。當污水被注入反應槽后,細菌酶將污水中的有機物分解,在此過程中釋放出電子和質子。其中電子流向陽極,而質子則通過槽內的質子交換膜流向陰極,并在那里與空氣中的氧以及電子結合生成干凈的水。從而完成對污水的處理。與此同時,反應槽內正負極之間的電子交換產生了電壓,使該設備能夠給外部電路供電。單一反應槽是微生物燃料電池設計的創新。大部分燃料電池的設計以兩反應槽為主,分別為陽極槽和陰極槽,在陽極槽中以厭氧方式維持微生物生長;陰極槽中則需維持在有氧環境下,使電子與氧結合并且與質子形成水分子。而單一反應槽以質子交換膜連接兩槽,其功能不僅可分開兩槽水溶液,還可以避免氧氣擴散至另一槽內。兩槽式的電解槽,需以外力方式提供溶氧至陰極,而單一槽微生物燃料電池可以以連續注水方式將空氣帶入陰極,從而減少通氧設備的花費。在發電量方面,在實驗室里,該設備能產生72W的電流,可以驅動一個小風扇。雖然目前產生的電流不多,但該設備改進的空間很大。從提交發明報告到現在,已經把該燃料電池的發電能力提高到了350W,這一數值最終能達到500~1000W。技術成熟后,可以批量生產的微生物燃料電池的發電能力將獲得很大提高,可以產生500kw的穩定電流,大約是300戶家庭的用電量。

3.1.2 不間斷上流微生物燃料電池

華盛頓大學的研究人員日前稱,他們把利用廢水發電的微生物燃料電池技術又向前推進了一步。去年他們已研究出了這一利用廢水發電的新技術,現在,他們又把新技術的發電量比去年提高了10倍。如果利用這一技術能使發電量再提高10倍的話,食品和農業加工廠就有望能安裝這種設備用于發電,并能為附近居民提供清潔和可再生電能[2]。華盛頓大學環境工程學項目成員、化學工程助教拉思安晉南特博士在“環境科學技術”網站上介紹了這種不間斷上流微生物燃料電池(UMFC)的設計以及工作原理。同過去那些讓微生物在含有營養液的封閉系統中工作的實驗不同的是,安晉南特為微生物提供的是源源不斷的廢水。由于食品和農業加工中會不停排放廢水。因此,安晉南特的技術更容易在這些工廠得到應用。利用廢水發電的微生物燃料電池技術,是在陽極室內安裝價格低廉的U型質子交換膜,將陽極和陰極分開。廢水中含有的有機物,可為細菌群提供豐富食物,使其得以生存和繁衍。這些細菌在電池陽極電極上形成生物膜,同時在食用廢水中有機物時向陽極釋放電子,電子通過與陽極和陰極相連的銅導線移動到陰極,廢水中的質子則穿過質子交換膜回到陰極,同電子和氧原子結合生成水。而電子在導線中的運動過程就形成了人們所需要的電流。繼2005年首次完成了廢水發電的微生物燃料電池設計后,安晉南特新推出的U型設計增加了質子交換膜的面積、縮短了兩極距離,因此降低了因阻力引起的能耗,使電池發電能力提高了10倍,每立方米溶液的發電量從3W/m3增加到了29W/m3。如果微生物燃料電池系統能夠維持20W/m3的電力輸出,就可以點亮小功率的燈泡。

3.1.3 利用太陽能和光和細菌的環保生物燃料電池

Noguera與土木與環境工程教授Marc Anderson、助理教授Trina McMahon,細菌學教授Timothy Donohue,研究員Isabel Tejedor Anderson,以及研究生Yun Kyung Cho和Rodolfo Perez合作發展出一種能在污水處理廠應用的大規模微生物燃料電池系統。目前,研究人員們把微生物封裝在密閉的無氧測試管中,測試管的形狀被做成類似電路的回路。當處理廢物時,先把有機廢水通入管中,作為副產品電子向陽極移動,然后通過回路流到陰極。另外一種副產品質子通過一塊離子交換膜流到陰極。在陰極中,電子和質子與氧氣發生反應形成水。一塊微生物燃料電池理論上最大可以產生1.2V電壓。但是可以像電池一樣把足夠多的燃料電池并聯和串聯起來產生足夠高的電壓來作為一種有實際應用的電源。目前該研究小組正在利用他們在材料科學、細菌學和環境工程方面的優勢來最優化微生物燃料電池的結構。

3.2 新型的環保燃料電池

英國牛津大學科研人員研制出一種新的環保生物電池,這種環保生物電池裝有一種生化酶,可以吸收空氣中的氫和氧來發電。這種生化酶是從一種需要氫氣來維持新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的獨特之處在于可以與那些如一氧化碳和硫化氫等常規的電池催化劑并存。這種酶是“生長型”的,因此能夠以價格低廉、可再生等特點取代傳統價格昂貴的鉑基催化劑。這種電池消耗的是大氣中的氧氣和氫氣。所使用的酶是從自然界中利用氫氣進行新陳代謝的細菌中分離出來的。這種酶的特性是具有高選擇性,能夠忍受對傳統的燃料電池催化劑具有毒害作用的氣體,例如一氧化碳和硫化氫。研究人員表示,由于這種酶能夠生長,所以對比于其他的氫燃料電池所使用昂貴的鉑催化劑而言,這是一種廉價的、可更新的環保燃料電池。

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3.3 生物醫學的應用

環保生物燃料電池還可以造出另一種重要產品,根據電信號立即測出病人血糖水平的儀器。對于向包括起博器和胰島素生成器等在內的可植入電控醫學設備供電來說,環保生物燃料電池非常有用。這些設備需要無限的電源,這是因為更換這些設備的電池可能需要外科手術。BFC從活的生物體內提取燃料(例如從血流中提取葡萄糖)來產生電流。只要生物個體是活的,這種燃料電池就可以持續起作用[5]。

2010年8月 綠 色 科 技

第8期

4 結語

盡管環保生物燃料電池經數十年研究仍距實用遙遠,燃料電池研究從20世紀90年代初開始又成為熱門領域,現在仍在升溫階段。幾種燃料電池已經處在商業化的前夜。另外,近20年來生物技術的巨大發展,為環保生物燃料電池研究提供了巨大的物質、知識和技術儲備。所以,環保生物燃料電池有望在不遠的將來取得重要進展。隨著生物和化學學科交叉研究的深入,特別是依托生物傳感器和生物電化學的研究進展,以及對修飾電極、納米科學等研究的層層深入,環保生物燃料電池研究必然會得到更快的發展。環保生物燃料電池作為一種綠色環保的新能源,在生物醫學等各個領域的應用的理想必然會實現。

參考文獻:

[1] 韓保祥,畢可萬.采用葡萄糖氧化酶的生物燃料電池的研究[J].生物工程學報,1992,8(2):203~206.

[2] 賈鴻飛,謝 陽,王宇新.生物燃料電池[J].電池,2000,30(2):86~89.

[3] 連 靜,祝學遠.直接微生物燃料電池的研究現狀及應用前景[J].科學技術與工程,2005(22):162~163.

[4] 尤世界,趙慶良.廢水同步生物處理與生物燃料電池發電研究[J].環境科學,2006,9(9):17~18.

[5] 寶 ,吳霞琴.生物燃料電池的研究進展[J].電化學,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.

電池污染范文5

關鍵詞：污水處理廠；A/0工藝；設計特點；運行方式

中圖分類號：TU318 文獻標識碼:A

阜新市污水處理工程是阜新市第一座污水處理廠，是市里的重點工程。工程總投資16648萬元(包括部分管網)，其中利用德國政府貸款5500萬元，用于主要設備的采購和技術支持。本工程由中國市政工程華北設計研究總院負責設計，由德國GKW咨詢公司負責技術支持，設計時采用、吸收了一些國外先進的技術，部分設計參數采用德國標準。污水廠設計日處理污水能力為10萬噸，采用A/0工藝。

一、污水廠工藝流圖

圖1污水廠工藝流程圖

二、生物池平面布置

主要由兩組生物池組成，每組主要尺寸如下：80m×44m×6.1m(水深5.57m)

圖2生物池平面圖

每組生物池又分為6個格區，C1、C2、C3 、C4、C5、C6，由C1格進水，經由C2、C3 、C4、C5，由C6格出水，每個格區具體尺寸見表1：

三、生物池設計特點

1、生物池與以往的完全推流式不同，每池分為六小格，污水和回流污泥連續從C1池子到C6池子。每小格內水流為混流式，整池形成推流式，使生物池的抗沖擊負荷能力增強。

2、在每座生物池的分格布置時，使進水與出水兩個格緊鄰，其中C1與C2、C2與C3 、C3與C4之間有3×2.5m矮墻隔開，兩個池了間的連結用寬3m、標高120.00的堰板，C4與C5、C5與C6之間無隔斷，從一個池子到下一個的水頭損失很小。以降低內回流泵的揚程，與以往的做法相比，內回流泵的揚程降低很多，僅為0.9米，降低了常年運行電耗。

3、設計時考慮冬、夏季溫差較大，停留時間不同，池中六個小格中有兩個格為可調節段，增加了運行操作的靈活性(詳見運行方案)。

4、生物池內采用盤式曝氣頭，曝氣頭個數每個池都不相同(見表1)，在滿足對溶解氧的需求同時，根據每個池子的容積及工藝需要來計算曝氣頭個數，即節約了工程投資，又降低了運行成本。池子4、5、6只安裝暴氣裝置，池子2、3裝備暴氣裝置和攪拌器，因為2、3池子可做為缺氧池（脫氮）或做為暴氣池（如冬天硝化）運行。池了1只裝備攪拌器，可做為缺氧池（脫氮）或做厭氧池（提高生物除磷）。C6池容積較大。但曝氣頭個數最少，主要是考慮內回流時如果DO值大，則影響反硝化的效果。C2、C3 內曝氣頭采用非均勻布置(見圖3 )，C4、C5、C6內曝氣頭采用均勻布置，其中C4內共25排，每排50個曝氣頭，其中C5內共25排，每排42個曝氣頭，其中C6內共22排，每排31個曝氣頭。

圖3生物池曝氣頭平面布置

5、在每個池子的空氣輸入管道上安裝一個自動空氣控制閥。這個閥依靠一個池子里的在線O2傳感器測量氧氣含量來自動調節，使氧氣含量保持不變。

四、生物池運行方案：

由于生物池的設計特點，決定了其運行的靈活性，主要表現如下(詳見表2及附圖)：

1、在T＞14℃時，初沉池通常不運行；

2、在不運行內循環泵的情況下，C1池做為生物除P池；在運行內循環泵的情況下，C1池做為DN池，C1池的水利停留時間大約1.1小時。

3、當T＜10℃時，C2、C3曝氣，內循環泵不運行。

4、當T＜8℃時，不能保證硝化進行完全，出水中氨的濃度含量較高。

5、如果內循環進入C2則為A2/O工藝；否則為A/O工藝。

6、C2、C3池即可曝氣也可攪拌，如果C2曝氣，則C3必需曝氣。

7、要求生物池水溫在12℃以上,在T4～C6格區曝氣;冬天C2～C6格區曝氣或C3～C6格區曝氣。

表2

五、主要運行參數

a)初沉池運行：

設計溫度：11℃

MLSS:3.3g/l

泥齡:11.2d

污泥負荷: 0.099kgBOD5/kgMLSS.d

VDN/VBB:0.35

b)初沉池不運行：

設計溫度：14℃

MLSS:3.8g/l

泥齡:7.25d

污泥負荷: 0.117kgBOD5/kgMLSS/d

VDN/VBB: 0.25

混合液回流比：100%

水利停留時間：9.42小時(缺氧段：2.28小時，好氧段：6.64小時)

進水水質：

BOD：128mg/l;

SS：100mg/l;

NH4-N：35mg/l;

TP：3mg/l.

六、結語

通過幾年多的運行，各項指標均滿足設計要求。通過以上的介紹，拋磚引玉，希望能開拓國內設計人員的設計思路，為我國的環保事業盡一份力。

參考文獻

電池污染范文6

關鍵詞：廢舊電池 重金屬污染 回收再利用

一、廢舊電池的污染及危害

在現實生活中廢舊電池的污染已成為相當嚴重的問題，我們日常所用的普通干電池。它們都含有汞、錳、鎘、鉛、鋅、鎳等各種金屬物質。廢舊電池被遺棄后，電池的外殼會慢慢腐蝕，其中的重金屬物質會逐漸滲入水體和土壤，造成污染。如果人一旦食用受污染的土地生產的農作物或是喝了受污染了的水，這些有毒的重金屬就會進入人的體內，慢慢的沉積下來，對人類健康造成極大的威脅！據測量一節一號電池爛在土壤里，可以使一平方米土地失去利用價值；一個扣鈕電池可以污染60萬升水，相當于一個人一生的飲水量。廢舊電池造成的污染是驚人的。下面著重介紹電池中所含的幾種金屬對人類的危害。

1．錳： 過量的錳蓄積于體內引起神經障礙，早期表現為綜合紊亂。較重者出現兩腿發沉，語言單調，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神癥狀。

2．鋅：鋅的鹽類能使蛋白質沉淀,對皮膜粘膜有刺激作用。當在水中濃度超過10-50毫史/升時有致癌危險，可能引起化學性肺炎。

3．鉛：鉛主要作用于神經系統、活血系統、消化系統和肝、腎等器官能抑制血紅蛋白的合成代謝過程，還能直接作用于成熟紅細胞，對嬰幼兒影響甚大，它將導致兒童體格發育遲緩，慢性鉛中毒可導致兒童的智力低下。

4．鎳：鎳粉溶解于血液，參加體內循環，有較強的毒性，能損害中樞神經，引起血管變異，嚴重者導致癌癥。

5．鎘：鎘進入人體使人的肝和腎受損，也會引起骨質松軟，重者造成骨骼變形。

6．汞：它在這些重金屬污染物中是最值得一提的，這種重金屬，對人類的危害，確實不淺。長期以來，我國在生產干電池時，要加入一種有毒的物質――汞或汞的化合物。我國的堿性干電池中的汞的含量達到1-5%,中性干電池為0.025%。全國每年用于生產干電池的汞具有明顯的神經毒性,此外對內分泌系統、免疫系統等也有不良影響。1953年，發生在日本九州島的震驚世界的水俁病事件，給人類敲響了汞污染的警鐘。

以上這些金屬的污染最大特點是在自然界不能降解，只能通過凈化作用，才能將污染消除。重金屬的污染，威脅著人類的健康，如果人類忽視對重金屬污染的控制，最終將吞下自釀的苦果，因此，加強廢舊電池的回收就更顯重要了。

二、廢舊電池的回收

對廢舊電池的回收利用應該有嚴格的程序：

1.放置專用的廢舊電池回收桶

2.定期專人上門收集

3.電池分類

4.庫房分類并安全儲存

5.集中到一定數量后運至專門的處理廠

6.處理利用稀有重金屬

在這個程序中，回收是第一步，沒有回收就沒有處理，做好回收工作是關鍵，好的開頭是成功的一半。

三、廢舊電池的處理

國際廢舊電池處理方式。國際上通行的廢舊電池處理方式大致有三種：固化深埋、存放于廢礦井，回收利用。

1．固化深埋、存放于廢礦井

廢電池一般都運往專門的有毒、有害垃圾填埋場，但這種做法不僅花費太大而且還造成浪費，因為其中尚有不少可作原料的有用物質。

2．回收利用

（1）常壓熱處理法

常壓冶金法在處理廢舊電池時，通常有兩種方法：一是低溫下加熱舊電池，可提取揮發出的汞，溫度更高時回收鋅和其他重金屬。二是在高溫下焙燒廢舊電池，使其中易揮發的金屬及其氧化物揮發，殘留物可作冶金中間物產品或另行處理。

（2）真空熱處理法

真空熱處理法需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再從余下粉末中提取鎳和錳。

（3）濕處理法

廢舊電池的濕法處理技術是基于電池中金屬及其化合物溶于酸的原理，除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈。

四、對廢舊電池危害的認識

廢舊電池造成的污染已相當嚴重，但卻未受到足夠的重視。通常情況下人們對廢舊電池的處理就隨手一丟，大多數人會認為這是很正常的。也許多數人會問： “ 就這么一個小東西對于地球來說，能有什么了不起呢！還說什么破壞？”所以處理廢舊電池最大的困難是在目前認識水平上產生的技術困難和經濟困難，歸根到底還是與認識相關。

廢舊電池的回收是件利國利民的大事，建立一個完善有效的回收網絡和體系，加強宣傳引導，科學地認識廢電池對環境的影響。鼓勵公民積極參與回收廢電池的活動。 對廢舊電池做善后處理的同時，也需要從源頭上做出努力，要求制造商逐步降低電池中汞含量，最終禁止向電池中添加汞，并且逐步淘汰含鎘電池。

參考文獻：

[1] 楊坤宇，《電源技術》

[2] 刑偉重，《礦冶》（北京），1996