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细菌经过“驯化”,既能清洁废水,又能发电  

2014-10-28 08:59:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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细菌经过“驯化”,既能清洁废水,又能发电

走进成少安的实验室,几十个比火柴盒大一些的透明“盒子”摆放着,这就是细菌电池的“原型”。仔细看,盒子上方有两个小孔,一个孔注入污水,一个孔则排出被细菌“消化”过后变清的水。盒子的两侧是两块圆形的材料,一个是阴极,一个是阳极。细菌在阳极表面生长,靠消耗废水中的有机物新陈代谢,产生的电子则传递到电极上。在上面加一个载荷,就形成了电流。

“我们从每平方米电极材料产生零点几毫瓦,到几十毫瓦电,再提高到几千毫瓦,已经提高到5个数量级。”成少安说,“细菌经过‘驯化’,就能持续地消耗废水中的有机物,既清洁了废水,又能有发电效果。而且对环境来说是‘零负担’。”

细菌发电研究曾是“孤独”的研究。从上世纪90年代之后,科学界对细菌产电的关注逐渐升温。美国宾州州立大学的教授布鲁斯·洛根提出,如果细菌让废水发电能实现,那么既处理了废水,又产出了电能,一举两得。

布鲁斯·洛根的课题组从污水厂取来污水,开始了雄心勃勃的实验。当时是课题组成员之一的成少安负责实验装置的搭建和电极材料的研发。“在最初的可行性验证阶段,电量只有几毫瓦,但我看到浑浊的废水慢慢变得清澈,说明细菌在工作啦!”成少安说,那是细菌第一次带给他“感动与信心”。

期待走出实验室,走向实际应用

2009年,成少安回到母校浙大继续他的研究。他的课题组一方面对细菌燃料电池的发电机理做进一步研究,同时也在进行大体量单体细菌电池的研发,努力让这项技术早日走向实际应用。

细菌燃料电池的难点之一,是让尽可能多的微生物附着在电极表面,而不是在污水中“自由泳”。“给他们一个舒适的环境,让他们高效工作。”电极材料的研发就是一个攻关方向。成少安设计的实验装置和材料,由于十分巧妙,被全世界很多实验室沿用。

“细菌比我们想象的聪明得多。”成少安说。比如,一开始课题组用一层薄膜把污水中的细菌分成厌氧、好氧两个“房间”,但“墙壁”会令电池内部的电阻增大,影响发电效率。拆掉“墙壁”会怎样呢?课题组发现,当细菌进入反应器一段时间之后,无需人为干预,就会自动“站队”,形成两个区域,好氧的细菌紧贴在空气阴极一侧,而厌氧的细菌则舒舒服服地附着在另一头的碳材料阳极上工作。“这样,我们的反应结构就可以简化不少!”

成少安说,他通过计算得出,一个10万人小城市,生活产生的污水用来发电的话,可以供给1000户人家的用电量。

“我们国家产生的废水量一天是54亿吨,用实验室里这样迷你的装置肯定不行。还要做扩大化研究,就是把它变成立方级的,甚至几十立方、几百立方单体,这样才能在现实中应用。”成少安说,要让这项技术走出实验室,还需要科学家们的共同努力

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