一、引言
近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，不可再生能源日益枯竭;各類(lèi)廢水排放量與其排放標(biāo)準(zhǔn)也變大、變高，人們對(duì)微生物燃料電池的關(guān)注度越來(lái)越高。微生物燃料電池(microbialfuelcell，MFC)作為一種創(chuàng)新技術(shù)，應(yīng)用在廢水處理上不僅可以降低廢水處理的成本，也為人類(lèi)提供獲取能源的新途徑。但其在實(shí)際投入運(yùn)行時(shí)仍存在很多弊端，這嚴(yán)重阻礙了MFC技術(shù)的發(fā)展。故為推廣這項(xiàng)新技術(shù)，需對(duì)MFC作更深入的研究，增大將其投入實(shí)際運(yùn)行的可行性。
本文綜述了MFC技術(shù)處理各類(lèi)廢水的研究進(jìn)展，以期能在環(huán)境治理和能源方面得到更廣泛、深入的應(yīng)用，為未來(lái)的研究工作提供一些參考和借鑒。
二、MFC在實(shí)際廢水處理中的性能
2.1 市政或生活污水
目前城市生活污水處理廠(chǎng)通常采用好氧活性污泥法進(jìn)行污水處理，在曝氣階段對(duì)電能需求較大且工藝最終會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥，又因其排放量大，污水廠(chǎng)運(yùn)行成本較大。而MFC可彌補(bǔ)傳統(tǒng)處理技術(shù)的不足，符合廢物資源化原則。
隨著對(duì)MFC實(shí)際應(yīng)用研究的增多，生物陰極型MFC成為了近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。PuigS等建立并使用空氣陰極的單室MFC系統(tǒng)模型處理的生活污水，功率輸出為1.14W/m3，COD去除率為80.0%。RodrigoMA等旳采用雙室MFC，COD去除率為30.0%，最大功率密度為25mW/m。Li等將短程硝化和反硝化結(jié)合采用三室MFC，其TN去除率高達(dá)99.9%，凈產(chǎn)電量為0.007kW-h/m3。Xie等采用好氧與缺氧生物陰極兩三室MFC復(fù)合運(yùn)行，其TN去除率高達(dá)97.3%。崔心水等構(gòu)建了三室雙陰極MFC系統(tǒng)，結(jié)果顯示該MFC系統(tǒng)對(duì)COD和NHJ-N具有良好的去除效果，去除率分別高達(dá)98%和95%以上，厭氧陽(yáng)極?缺氧陰極和好氧陰極的最大功率密度分別達(dá)到1.88W/m3，0.74W/m3和0.59W/m3。
1.2 農(nóng)業(yè)廢水
動(dòng)物糞便廢水是農(nóng)業(yè)廢水的主要成分，其中含有大量有機(jī)物、懸浮物、氮、磷，并散發(fā)惡臭氣體，水量大且排放集中，對(duì)環(huán)境和水體造成嚴(yán)重污染。因此必須對(duì)農(nóng)業(yè)廢水進(jìn)行處理，解決水污染和氣味問(wèn)題，而能凈化富含有機(jī)質(zhì)的農(nóng)業(yè)水并產(chǎn)生電能的MFC系統(tǒng)是處理農(nóng)業(yè)廢水的新方向。
Min等最先將雙室液相陰極型MFC和單室空氣陰極型MFC技術(shù)應(yīng)用于豬場(chǎng)廢水的研究，結(jié)果表明，雙室MFC處理溶解性化學(xué)需氧量為8320mg/L的豬場(chǎng)廢水可獲得最大的功率密度為45mW/m2，而單室MFC處理更高濃度的豬場(chǎng)廢水時(shí)，可獲得最大功率密度為261mW/m2，氨氮的去除率達(dá)到了83%。此后，Yokoyama等采用單室空氣陰極反應(yīng)器對(duì)牛糞便進(jìn)行了處理時(shí)，COD和生化需氧量去除率分別為70%和84%，最大功率密度為0.34mW/m2。MFC在降解養(yǎng)殖廢水中所含有機(jī)物的同時(shí)獲得了電能，保護(hù)了環(huán)境和水體不受污染，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)廢水的處理提供了很大的幫助。
1.3 工業(yè)廢水
1.3.1 食晶加工廢水
食品工業(yè)廢水有機(jī)物質(zhì)和懸浮物含量高，一般毒性不大，主要有制糖廢水、淀粉加工廢水、啤酒釀造廢水、乳業(yè)廢水等。許多研究人員已經(jīng)運(yùn)用MFC系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電并對(duì)其進(jìn)行了處理Kapadnis等第一次使用活性污泥為微生物源，以巧克力工業(yè)廢水為底物，構(gòu)建雙室型MFC，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，處理后廢水的TS(處理前2344mg/L處理后754mg/L)，BODS(處理前640mg/L處理后230mg/L)，COD(處理前1459mg/L處理后368mg/L)都有了明顯的下降。溫青等第一次構(gòu)建了雙極室連續(xù)流聯(lián)合處理啤酒廢水的MFC，研究表明，采用雙極室連續(xù)流MFC可以大大提高廢水的處理效果，對(duì)啤酒廢水化學(xué)需氧量(COD)的總?cè)コ士蛇_(dá)92.2%-95.1%。趙海等最先采用空氣陰極MFC處理甘薯燃料乙醇廢水，以COD為5000mg/L的廢水做底物，獲得的最大電功率為334.1mW/m2，庫(kù)侖效率為10.1%，COD去除率為92.9%。
1.3.2 染料廢水
工業(yè)廢水(主要來(lái)自染料制造和紡織工業(yè))包括大量的合成化學(xué)染料。染料廢水色度大、成分復(fù)雜、生物毒性大、處理難度大，若直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，故必須對(duì)其進(jìn)行深度處理。利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)處理染料廢水是一種既節(jié)能環(huán)保又高效的處理廢水的技術(shù)。
現(xiàn)有就MFC對(duì)某些染料的脫色能力的研究。Kalathil等在沒(méi)有任何昂貴的同步真實(shí)染料脫色和生物發(fā)電材料的情況下，首次開(kāi)發(fā)了一種顆?；钚蕴炕?GACB-MFC).結(jié)果表明，陽(yáng)極和陰極的去色率分別為73.0%和77.0%，COD去除率分別為71.0%和76.0%.Sun等將單室MFC系統(tǒng)引入處理活性艷紅X-3B濃度為300mg/L的偶氮染料廢水系統(tǒng)，最大產(chǎn)能為0.842W/m3Luo等第一次使用雙室MFC系統(tǒng)處理苯酚濃度為1000mg/L、葡萄糖濃度為500mg/L的混合廢水，相比于400mg/L的單苯酚廢水，最大功率密度由9.1W/m3提高到了28.3W/m3，去除率在60h內(nèi)都超過(guò)了95%，說(shuō)明沒(méi)有共基質(zhì)也能降解苯酚并產(chǎn)電。
二、發(fā)展前景
與傳統(tǒng)廢水處理方法相比，MFC處理效果良好，工藝流程短，還可以發(fā)電，因此MFC系統(tǒng)有望成為可持續(xù)新型系統(tǒng)，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的廢水處理和環(huán)境保護(hù)的能源需求。目前，MFC應(yīng)用于廢水處理的研究主要是小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，雖然過(guò)去十年的研究使其功率密度增加了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但要將這些系統(tǒng)推廣到大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用中還需進(jìn)一步的突破。
(1)目前MFC是由單一菌種構(gòu)建所成。在實(shí)際應(yīng)用中，單一菌種無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的水質(zhì)變化。篩選能將有機(jī)物都能作為電子供體的微生物來(lái)代替單一菌種是未來(lái)研究的方向之一。
(2)陰陽(yáng)兩極室的MFC由質(zhì)子交換膜隔開(kāi)，這種結(jié)構(gòu)不利于MFC的擴(kuò)大使用。單室設(shè)計(jì)的MFC有利于擴(kuò)大使用，即將質(zhì)子交換膜纏繞在陰極棒上置于陽(yáng)極室中，但大規(guī)模的使用有待試驗(yàn)檢驗(yàn)。電能的輸岀主要受陰極的影響。陰極產(chǎn)生的氧氣通過(guò)質(zhì)子交換膜后對(duì)陽(yáng)極的兼性厭氧菌產(chǎn)生影響，氧氣作為電子受體，而非電極，這嚴(yán)重影響電量的輸出，故陰陽(yáng)極的材料選擇是MFC研究的重要方向之一。
(3)在環(huán)境污染與能源短缺的今天，利用MFC降解多種廢水同時(shí)產(chǎn)電有著很大發(fā)展空間，隨著生物和化學(xué)學(xué)科交叉研究的深入，其必將在處理污水和能源可持續(xù)發(fā)展方面得到更廣闊的應(yīng)用。( >
如需要產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)，請(qǐng)撥打服務(wù)熱線(xiàn)：13659219533
選擇陜西博泰達(dá)水處理科技有限公司，你永遠(yuǎn)值得信賴(lài)的產(chǎn)品！
了解更多，請(qǐng)點(diǎn)擊m.bfa-sc.com
