沉积物微生物燃料电池修复水体沉积物研究进展
用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展
用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展引言随着城市化进程的加速，工业和人口的增加导致了污水处理成为现代社会中一项重要而紧迫的任务。
传统污水处理方法包括物理化学处理以及好氧和厌氧池等方法，但这些方法存在能耗高、成本昂贵以及产生副产物等问题。
为了解决这些问题，近年来微生物燃料电池作为一种新颖的方法在污水处理领域迅速崛起。
本文将就微生物燃料电池在污水处理方面的最新研究进展进行综述。
微生物燃料电池的原理及结构微生物燃料电池是一种利用微生物代谢过程中产生的电子来从有机物中收集和储存能量的设备。
其基本结构为两个电极，即阳极和阴极，通过一个电解质导体连接。
阳极与微生物中的电子供体接触，并通过氧化还原反应将电子转移到电极表面。
而阴极则与氧气接触，并通过还原反应将电子和氧气还原成水。
整个过程中，微生物参与了电子的转移，并将有机废料氧化为二氧化碳和水。
电池反应的微生物为了实现高效的污水处理，选择合适的微生物种类对微生物燃料电池的性能至关重要。
当前研究中，最常用的微生物包括厌氧细菌和好氧细菌。
厌氧细菌通过利用还原剂（如酒精和脂肪酸）产生电子，然后将电子转移到阳极上。
而好氧细菌则在氧气的参与下将底物氧化为二氧化碳和水，同时释放出电子。
通过合理选择适宜的微生物种类，可以提高微生物的转化效率和电池的能量输出。
提高能量输出的方法由于微生物的代谢活性和电池产生的电流之间存在波动，并且微生物细胞与电极间存在一定的电子传递阻力，故进一步提高微生物燃料电池的能量输出仍然是研究的重点。
近年来，学者们通过以下几种方法实现了效能的提升。
第一，改进阳极材料：不同的阳极材料会直接影响电极表面与微生物的接触以及电子的传递效率。
研究者通过改变阳极表面的化学性质和微观结构，如使用石墨烯、碳纳米管等高导电性材料作为阳极材料，可以有效提高电极的导电性和微生物的吸附能力。
第二，改进微生物附着：微生物在阳极表面的附着情况直接影响能量输出。
因此，研究者致力于改进微生物的附着性能，通过改变培养条件、提供合适的基底材料以及增加微生物固定的方法，可以提高微生物在阳极上的固定效果，从而增强了附着微生物的代谢活性。
微生物燃料电池净化处理污水技术的研究进展
Ｌ的污水 处理 ， Ｍ Ｆ Ｃ的处理效率 比好痒厌氧法都要高 ， 且几乎不产生剩余 污泥。
１ ． ２ ＭＦ Ｃ 的 工作 原 理
Ｍ Ｆ Ｃ中含 阳极室 和阴极室两个部分 ， 各极室 的反应机理不 同， 处理的污水种类 也不同。
１ ． ２ ． １ 阳极 室 处 理 原 理
阳极室是利用 阳极室溶液中混合 菌群的厌 氧呼吸作用来 降解污染物 ， 一般为厌氧环 境 ， 其 电极材料 一般 为碳 类导 电材料 。有机物在微生物作 用下分解并释 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 ， 而微生物则利用投加到阳极 室的污水 中的营养物质进行新 陈代谢 和繁殖 。
中逐 步放 能 ， 产 能时间较 持续 ， 且原料来源广泛 。在吴 晶 对 ＭＦ Ｃ处理效 能的研 究 中， 比较 了 ＭＦ Ｃ与传统 好氧／ 厌 氧处理法 在不同的 Ｃ Ｏ Ｄ浓度下 的处理效果 ， 发现 Ｍ Ｆ Ｃ对于高浓度 Ｃ Ｏ Ｄ的污水有较好 的适应性 ， 如对 ６ ０ ０ ０ ｍ ｇ ／
第３ 期
余佩 芳 ： 微 生物燃料 电池净化处理污水技术 பைடு நூலகம்研 究进展
・ ３ ７・
液中添加氧化还原类介体 （ 一般 为染料类物质 ） ， 燃料在 电解 液 中被 氧化 ， 再通过介体 运载 电子到 电极 上 ， 而无介
体 的直接 ＭＦ Ｃ则是使微生物 附着 在电极上 ， 燃料在 电池上被氧化将 电子传递到 阳极上 。 根据反应器结构 ， ＭＦ Ｃ可分为双室 Ｍ Ｆ Ｃ和单室 ＭＦ Ｃ 。双室 ＭＦ Ｃ即膜将 电池分为 阴极 区和 阳极 区 ， 可抑制 阴 极 阳极 的物质互相扩散从而提高 电池 的效率 ， 但 同时也增加 了质子扩散 的阻力 ， 提高 了电池 的成本 。而单 室 ＭＦ Ｃ 即阴极 阳极处于 同一 区间 ， 减少 了质子 扩散 的阻力 ， 但 是阴极 阳极 电解液会相互扩散 ， 降低 了电池 的库伦效率 。
微生物燃料电池构造研究进展
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物代谢活性将有机物（如废水、污泥等）转化为电能的技术。
该技术的发展为废弃物的处理和能源获取提供了一种新颖的途径。
近年来，微生物燃料电池在研究和应用中取得了一系列的进展。
首先，关于微生物燃料电池构造的研究重点主要包括电极材料、微生物群落和电子中介物的选取等方面。
电极是微生物燃料电池的重要组成部分，其材料的选择直接影响到能量转化效率和稳定性。
常用的电极材料包括碳纳米管、氧化物和导电聚合物等，这些材料具有良好的导电性和生物相容性。
同时，为了提高电极的催化活性，研究人员还引入了纳米颗粒、催化剂等辅助材料，进一步提高电极的性能。
其次，微生物群落在微生物燃料电池中起到了重要的作用。
选择合适的微生物能够提高电子转移效率和电能输出。
其中，传统的微生物群落主要包括脱氢菌和电化学活性菌等。
脱氢菌通过酶的作用将有机物氧化为电子和质子，而电化学活性菌则利用电子和质子来还原氧化剂，完成电路中的电子传递。
最近，一些研究者正在探索采用基因工程方法改造微生物群落，以进一步提高微生物燃料电池的性能。
如利用基因工程技术，可以使微生物产生更多的电子中转蛋白，从而增加电极和电子转移酶之间的接触面积，提高转移效率。
第三，电子中介物的选择对微生物燃料电池的效率也有重要影响。
传统的电子中介物主要是存在于电极材料上的红外物质。
这些红外物质能够帮助电子从微生物细胞中释放出来，并在电极表面进行直接传递。
但是，这些电子中介物的使用可能存在环境污染的问题。
因此，研究人员开始探索更加环保和可再生的电子中介物。
如最近的研究表明，微生物本身也具有一定的电子传导能力，因此可以利用微生物自身来完成电子传递，减少对传统电子中介物的依赖。
此外，还有一些研究致力于提高微生物燃料电池的稳定性和可持续性。
长期运行过程中，微生物燃料电池常常会受到微生物代谢活性的下降和电极材料的腐蚀等问题。
沉积型微生物燃料电池的构建及产电特性研究的开题报告
沉积型微生物燃料电池的构建及产电特性研究的开题报告一、选题背景沉积型微生物燃料电池是一种新型的生物反应器，能够将有机废水中的有机物质直接转化成电能。
相比于传统的废水处理技术，沉积型微生物燃料电池具有体积小、运营成本低、处理效率高等优点。
因此，该技术在废水处理和生物电化学能源等方面具有广泛的应用前景。
二、研究内容和目的本研究的主要内容是构建一种沉积型微生物燃料电池，通过对其产电特性的研究，探究其在废水处理领域的应用潜力。
在建立沉积型微生物燃料电池的过程中，我们将主要关注以下几个方面的内容：1）沉积型微生物燃料电池的基本原理及构成；2）菌群的筛选和鉴定；3）底物（有机废水）的处理方式；4）电极材料的选择和制备等。
通过对这些关键环节的控制，我们将建立一种高效、稳定且可持续的沉积型微生物燃料电池，并对其进行产电特性测试和分析。
三、研究意义和预期结果本研究的意义在于探索一种新型的生物电化学反应器，将有机废水资源化，进一步推动生态文明建设和可持续发展。
预期结果为建立一种高效、稳定的沉积型微生物燃料电池，实现对有机废水的能量回收，并对其产电特性进行研究。
四、研究方法本研究主要采用实验室研究方法，具体包括以下几个步骤：1）构建沉积型微生物燃料电池；2）菌种的培养、筛选和鉴定；3）底物的处理和加入；4）电极材料制备和组装；5）产电特性的测试和分析。
同时，还将结合文献综述和数学模型分析等方法，对实验结果进行验证和解释。
五、进度安排本研究预计分为以下几个阶段进行：1）文献综述和研究背景分析（2周）；2）沉积型微生物燃料电池的构建和优化（6周）；3）菌群筛选和鉴定（2周）；4）底物处理方式的探索和优化（4周）；5）电极材料的选择和制备（4周）；6）产电特性测试和分析（4周）；7）数据分析和撰写论文（4周）。
微生物燃料电池及其应用研究进展精品文档13页
微生物燃料电池及其应用研究进展摘要:简单叙述了微生物燃料电池(ＭＦＣ)的基本结构及运行原理,从ＭＦＣ的阳极微生物、阴极结构等方面介绍了ＭＦＣ的发展现状和研究重点,分析了ＭＦＣ在替代能源、生物传感器和开发新型水处理工艺等方面的应用前景,指出进一步的研究重点应放在改善电极电化学性能、提高电池输出功率密度和降低电池成本等方面。
关键词:燃料电池;微生物;新能源;生物传感器;水处理中图分类号:ＴＭ911 45 文献标识码:Ａ文章编号:0253-4320(2019)01-0013-05微生物燃料电池(ＭＦＣ)是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置。
利用ＭＦＣ不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解,而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流,从而获得电能。
因此,无论是利用ＭＦＣ输出电能的特点进行新型能源的开发,还是利用ＭＦＣ电流与水中有机物之间的定量关系进行新型污水水质检测方法的研究,以及利用ＭＦＣ的特殊环境对特殊性能的微生物进行驯化,对ＭＦＣ的研究均具有重要的理论意义和应用价值。
本文将从电池基本结构、微生物驯化和应用研究等方面对微生物燃料电池的研究现状和应用前景进行综述及分析。
1 基本结构和运行原理与其他类型燃料电池类似,微生物燃料电池的基本结构为阴极池加阳极池。
根据阴极池结构的不同,ＭＦＣ可分为单池型和双池型2类;根据电池中是否使用质子交换膜又可分为有膜型和无膜型2类。
其中单池型ＭＦＣ由于其阴极氧化剂直接为空气,因而无需盛装溶液的容器[1-3],而无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略了质子交换膜[2,4]。
ＭＦＣ的阳极材料通常选用导电性能较好的石墨、碳布和碳纸等材料,其中为提高电极与微生物之间的传递效率,有些材料经过了改性[5]。
阴极材料大多使用载铂碳材料,也有使用掺Ｆｅ3+的石墨[1]和沉积了氧化锰的多孔石墨[6]作为阴极材料的报道。
ＭＦＣ基本工作原理为[7]:①在阳极池,水溶液中或污泥中的营养物在微生物作用下直接生成质子、电子和代谢产物,电子通过载体传送到电极表面。
微生物燃料电池的研究和应用
微生物燃料电池的研究和应用微生物燃料电池是近年来备受关注的一项颇具潜力的清洁能源技术。
它利用微生物的代谢活动将有机废弃物转化为电能，不仅具有环保、可再生的特点，还可以从废物中回收能源。
本文将从研究和应用两个方面来探讨微生物燃料电池的发展。
一、微生物燃料电池的研究1.1 微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池以微生物为媒介，将废弃物中的有机物质通过微生物的代谢活动转化为电子。
它利用了微生物的生物电化学反应，通过氧化废弃物中的有机物质，将其转化为电子和质子。
微生物使用特殊的酶来催化这些反应，将有机物质转化为二氧化碳和电子，电子则在电极上流动，产生电流。
这样就实现了能量的转化和回收。
1.2 微生物燃料电池的研究进展微生物燃料电池的研究已经取得了一些重要的进展。
科研人员不断改进电极材料和微生物种类，以提高微生物燃料电池的性能和效率。
一些新型电极材料，如天然石墨烯和金属有机骨架材料，具有更好的电导性和催化性能，可以促进微生物燃料电池的反应速率。
此外，研究人员还发现了一些新型的电转移体系，可以增强微生物和电极之间的电子传输效果。
二、微生物燃料电池的应用2.1 微生物燃料电池在环境污染治理中的应用微生物燃料电池可以将有机废弃物转化为电能，为环境污染治理提供了一种创新的方法。
传统的废弃物处理方法可能会产生二氧化碳和其他有害物质，而微生物燃料电池可以将有机物质完全转化为电能和无害的气体。
这样不仅减少了废弃物的排放，还产生了电能用于其他用途，减少对传统能源的需求。
2.2 微生物燃料电池在能源回收利用中的应用微生物燃料电池可以将废弃物中的有机物质转化为电能，实现能源的回收利用。
在农村地区或偏远地区，由于缺乏传统能源供应，微生物燃料电池可以成为一种非常有前景的能源解决方案。
通过收集并处理有机废弃物，可以提供可再生的电力供应。
此外，微生物燃料电池还可以在生活垃圾处理过程中提供有价值的资源回收，如有机肥料的产生。
2.3 微生物燃料电池在生物传感器中的应用微生物燃料电池还可以应用于生物传感器领域。
微生物燃料电池技术的研究进展
微生物燃料电池技术的研究进展近年来，随着环境污染日益加重，新能源技术正逐渐成为一种热门话题，微生物燃料电池技术就是其中之一。
微生物燃料电池技术是将生物体内的微生物进行利用，将其通过化学反应转化为电能供应器械使用，从而达到绿色环保的效果。
本文将从微生物燃料电池技术的原理、分类、应用以及未来发展方向四个方面来展开讨论。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池技术利用了微生物代谢的特性。
微生物在代谢过程中会产生电子，一般情况下，电子会释放到自由基、分子中去而形成较为稳定物质。
而微生物燃料电池技术便是通过掌握微生物代谢过程，将电子提取出来，并将其动员起来进行反应，从而产生电力。
具体而言，微生物燃料电池技术是利用微生物菌种代谢的产物如电子、氢离子、酸碱度等，与电极发生反应。
通过微生物与电极之间的媒介物质，在电极表面上形成微生物薄膜，将微生物的产物输入到电极中，从而形成电流，达到发电的效果。
二、微生物燃料电池技术的分类微生物燃料电池技术按照其所涉及的电极，可分为两类：阳极和阴极微生物燃料电池。
阳极微生物燃料电池，是指利用微生物对有机物进行氧化反应，并通过自由电子将反应生成的电子输送至阳极表面。
此类微生物燃料电池的主体为桶状结构，包括有机物质源、阳极、媒介和微生物等组件。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废水处理工程中。
阴极微生物燃料电池，是指利用微生物还原没有质子的化合物，将产生的电子由阴极输送到外部电路，以使电池发出电流。
与阳极微生物燃料电池不同，阴极微生物燃料电池是一种氧还原反应（ORR）技术。
酸碱性阴离子交换膜（AEM）被用作阴极颜料分解电解池的膜，以便于质子渗透到阳极以维持电荷平衡，而电子则流经外部电路。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废气处理工程中。
三、微生物燃料电池技术的应用微生物燃料电池技术在实际工业应用中具有广泛的应用前景。
1. 废水处理：微生物燃料电池技术具有优秀的废水处理效果。
利用微生物燃料电池技术处理废水可以在一定程度上降低传统废水处理的运行成本，改善处理效果。
沉积型微生物燃料电池治理黑臭底泥的研究
通过导线 与外 电路相连 。在 阳极部分 ， 内河 沉积物 中的有 机物作
为厌氧微生物 的养分在细胞 内被氧化分解 ， 而产生的 电子 （ ｅ 一 ） 和
质子 （ Ｈ ） 被 运 出细 胞 外 电 子 到 达 极 板 后 ， 通 过导 线从 阳极沿
在 阴极 中， 限制阴极 反应 的主要 因素 是 阴极 电子 接受 体 （ 浓 度、 类 型） 、 电极 材料 、 催化剂类 型及其 表面积 。氧 （ 溶解 氧和空气
沉 积 型 微 生 物 燃 料 电 池 治 理 黑 臭 底 泥 的 研 究★
吴卓 阳 范功端术 林 茹晶 辛怀佳 王爱兵 陈舒 函 潘增 志
（ 福州大学 土木工程学 院， 福建 福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ）
摘
要： 叙述 了沉积 型微生物燃料 电池的工作原理 ， 分析 了影响有机物 降解能 力与产 电性 能的主要 影响 因素 ， 并 阐述 了有关反 应
常 见 的 为 石 墨 阳极 与 石 墨纤 维 阳 极 。碳 材 料 类 型 丰 富 ， 可 被 制 成 多种形态 、 结 构 的 电极 ， 不 同性 质 的碳 材料 产 电性 能 差异 较 大 。
水直接排 入城市内河 ， 导致 内河 出现 了以黑 臭为典 型特征 的水污
ｃ ｏ ｔ ｔ 等人通 过对碳 布 、 碳纸、 泡沫 碳 、 石墨 、 网状 玻璃 态碳 作为 阳 染 问题 ， 由此 引起 水处 理 领域 学 者对 河 道黑 臭 问题 的思 考 与研 Ｓ 极时装置的产 电性能 的测试 ， 发现 比表 面积最高 的泡沫碳 的最 大 究 。采用微生 物燃 料电池技术对城市黑 臭底泥进 行修 复 ， 是 近十 输 出 功 率 是 比表 面 积 相 对 较 小 的碳 布 和 石 墨 的 ２倍 ， 因此 认 为 阳 多年发展起来 的新 途径 。２ ０ ０ ４年 ， 美 国宾夕 法 尼亚 大学 的 Ｌ ｏ ｇ 一 极 材料 比表 面积是 一个 重要 影 响 因素。 同时 ， Ｈ ｏ ｎ ｇ等人 在对 ｄ ｎ …首 次将 微生物 燃料 电池 （ ． Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ Ｆ ｕ ｄ Ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ， ＭＦ Ｃ ｓ ） 应 用于 也证 明了这一 废水处理 ， 这一处理技术受到 了国 内外学者 的广泛 关注 。若 对底 石 墨 极 板 进 行 打 孔 增 大 其 比表 面 积 的 对 比试 验 后 ，
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科 技 天 地
66
INTELLIGENCE
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沉积物微生物燃料电池
修复水体沉积物研究进展
辽宁广播电视大学丹东分校 冯 雁
摘 要：近年来微生物燃料电池技术在国外接连取得突破性研究成果，并迅速成
为新概念废水处理的热点。介绍了微生物燃料电池技术的原理和特点，系统综述了
该项技术的研究进展，重点总结了在微生物、介体与电极材料研究等方面的最新研
究进展，分析了存在的问题，在此基础上指出微生物燃料电池技术研究的重点突破
方向。
关键词：微生物 燃料电池 废水处理
当今世界，减少污染物排放量和对化石类燃料的依赖是
可持续发展力求达到的两个目标。微生物燃料电池（Microbial
fuel cells，MFCs）技术为在污水处理领域实现这两大目标
提供了可能。微生物燃料电池（MFCs）是一种特殊的燃料电池，
它以微生物作为催化剂，直接将燃料中的化学能转化为电能。
研究表明，MFCs不仅可以利用乙酸盐等物质作为燃料持续稳
定地产生电流，也可利用各种有机污染物为燃料。当阳极室
利用厌氧污泥接种，采用有机污染物为燃料时，电池就能在
发电的同时降解污染物，达到经济和环境的双赢，这为有机
废水的资源化提供了新思路，具有重大的实际意义。
MFCs是一种通过微生物的新陈代谢活动能使化学能转化
为电能的生物电化学系统（BESs）。由于它们独特的特点和
在污水处理方面的应用，BESs的应用领域正在不断地增大。
一、微生物燃料电池的发展及其分类
1911年，英国植物学家Potter用酵母和大肠杆菌进行
实验，宣布利用微生物可以产生电流，生物燃料电池研究由
此开始。之后40多年，占主导地位的是间接微生物电池，即
先利用微生物发酵产生氢气或其它能作为燃料的物质通入燃
料电池发电。
从20世纪60年代后期到70年代，直接生物燃料电池逐
渐成为研究的中心。进入80年代后，对于生物燃料电池的研
究活跃起来。90年代初，我国也开始了该领域的研究。MFCs
按照使用催化剂形式的不同，可以分为微生物燃料电池和酶
燃料电池。前者利用整体微生物中的酶，而后者对酶直接利
用。根据电子转移方式的不同还可分类为直接生物燃料电池
和间接生物燃料电池。直接生物燃料电池的燃料在电极上氧
化，电子从燃料分子直接转移到电极上，生物催化剂的作用
是催化在电极表面上的反应；而在间接生物燃料电池中，燃
料并不在电极上反应，而是在电解液中或其它地方反应，电
子则由具有氧化还原活性的介体运载到电极上去。另外，也
有人用生物化学方法生产燃料（如发酵法生产氢、乙醇等），
再用此燃料供应给普通的燃料电池。这种系统有时也被称为
间接生物燃料电池。
二、介体的改进
在MFCs中，电子由微生物内部转移到阳电极需要经过微
生物细胞膜，细胞膜含有类脂或肽聚糖等不导电物质，电子
难以直接穿过，需要氧化还原载体作为电子介体传递。因此
电子介体的数量和性质成为限制MFCs是产电效率的一个重要
因素。
理想的介体应具有下列特性：1、能够被生物催化剂快速
还原，并在电极上被快速氧化；2、在催化剂和电极间能快速
扩散；3、氧化还原电势一方面要足以与生物催化剂相偶合，
一方面又要尽量低以保证电池两极间的电压最大；4、在水溶
液系统中有一定的可溶性和稳定性。典型的电子介体包括中
性红、劳氏紫、硫瑾类、吩嗪类等。一些研究者认为适宜条
件下，微生物体系本身可以产生电子介体，如Daniel等发现
发酵酸杆菌产电中电子转移节制的证据。Rabaey等研究发现
向MFCs阳极转移电子能够通过绿脓菌素和吩嗪－1－羧基酰
胺实现。
由于常用介体价格昂贵，并可能对环境产生毒害。近年
开展了大量对无介体MFCs的研究。无介体MFCs中的嗜阳极
微生物可分为两种：一种是吸附在阳极上，通过细胞膜进行
电子传递的微生物，如S。putrefaciens。这类细菌的细胞
外膜上存在具有良好氧化还原性能的细胞色素，可帮助电子
传递。另一种是可以分泌溶解性物质并利用它作为电子介体，
如Pseudomonas aeruginosa。最近的研究表明，这些由微
生物分泌的电子介体参与细胞外电子传递，并可以极大提高
MFCs的性能。
三、结语及展望
沉积物微生物燃料电池自身潜在的优点展示了其良好的
发展前景，但是相关的研究还处于基础阶段。因此还需要在
以下几个方面进行深入研究，推动其工程化的应用：
1、导电性能优良的立体化微生物燃料电池阳极研究。开
发新型的立体化电极，并采用化学修饰来增强阳极生物亲和
性和导电性，提高固定有效产电微生物的量和微生物向电极
传导电子的能力。
2、高效廉价的微生物燃料电池生物阴极研究。通过选择
导电性能优良的材料，通过一定的方式使其表面产生生物膜
来提高氧还原速率。
3、加强淡水沉积物微生物燃料电池的研究。近年来淡水
资源的污染已严重影响到人们的生活，而MFCs所展现的优点
可以应用于其污染治理。并可通过深入研究生态工程和沉积
物微生物燃料电池的协同作用来提高其修复速率。
4、应用物理和生物方式，加快沉积物中有机物向阳极的
传递，以提升MFCs工艺运行效果。