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微生物燃料电池在废水处理中的应用
一、引言近年来，随着城市化进程的加快，不行再生能源日益枯竭;各类废水排放量与其排放标准也变大、变高，人们对微生物燃料电池的关注度越来越高。微生物燃料电池(microbialfuelcell，MFC)作为一种创新技术，应用在废水处理上不仅可以降低废水处理的成本，也为人类供应猎取能源的新途径。但其在实际投入运行时仍存在许多弊端，这严峻阻碍了MFC技术的进展。故为推广这项新技术，需对MFC作更深化的讨论，增大将其投入实际运行的可行性。本文综述了MFC技术处理各类废水的讨论进展，以期能在环境治理和能源方面得到更广泛、深化的应用，为将来的讨论工作供应一些参考和借鉴。二、MFC在实际废水处理中的性能2.1市政或生活污水目前城市生活污水处理厂通常采纳好氧活性污泥法进行污水处理，在曝气阶段对电能需求较大且工艺最终会产生大量剩余污泥，又因其排放量大，污水厂运行成本较大。而MFC可弥补传统处理技术的不足，符合废物资源化原则。随着对MFC实际应用讨论的增多，生物阴极型MFC成为了近年来讨论的热点。PuigS等建立并使用空气阴极的单室MFC系统模型处理的生活污水，功率输出为1.14W/m3，COD去除率为80.0%。RodrigoMA等旳采纳双室MFC，COD去除率为30.0%，最大功率密度为25mW/m。Li等将短程硝化和反硝化结合采纳三室MFC，其TN去除率高达99.9%，净产电量为0.007kW-h/m3。Xie等采纳好氧与缺氧生物阴极两三室MFC复合运行，其TN去除率高达97.3%。崔心水等构建了三室双阴极MFC系统，结果显示该MFC系统对COD和NHJ-N具有良好的去除效果，去除率分别高达98%和95%以上，厌氧阳极?缺氧阴极和好氧阴极的最大功率密度分别达到1.88W/m3，0.74W/m3和0.59W/m3。1.2农业废水动物粪便废水是农业废水的主要成分，其中含有大量有机物、悬浮物、氮、磷，并散发恶臭气体，水量大且排放集中，对环境和水体造成严峻污染。因此必需对农业废水进行处理，解决水污染和气味问题，而能净化富含有机质的农业水并产生电能的MFC系统是处理农业废水的新方向。Min等最先将双室液相阴极型MFC和单室空气阴极型MFC技术应用于猪场废水的讨论，结果表明，双室MFC处理溶解性化学需氧量为8320mg/L的猪场废水可获得最大的功率密度为45mW/m2，而单室MFC处理更高浓度的猪场废水时，可获得最大功率密度为261mW/m2，氨氮的去除率达到了83%。此后，Yokoyama等采纳单室空气阴极反应器对牛粪便进行了处理时，COD和生化需氧量去除率分别为70%和84%，最大功率密度为0.34mW/m2。MFC在降解养殖废水中所含有机物的同时获得了电能，爱护了环境和水体不受污染，这项技术对农业废水的处理供应了很大的关心。1.3工业废水1.3.1食晶加工废水食品工业废水有机物质和悬浮物含量高，一般毒性不大，主要有制糖废水、淀粉加工废水、啤酒酿造废水、乳业废水等。很多讨论人员已经运用MFC系统进行发电并对其进行了处理Kapadnis等第一次使用活性污泥为微生物源，以巧克力工业废水为底物，构建双室型MFC，由试验结果可知，处理后废水的TS(处理前2344mg/L处理后754mg/L)，BODS(处理前640mg/L处理后230mg/L)，COD(处理前1459mg/L处理后368mg/L)都有了明显的下降。温青等第一次构建了双极室连续流联合处理啤酒废水的MFC，讨论表明，采纳双极室连续流MFC可以大大提高废水的处理效果，对啤酒废水化学需氧量(COD)的总去除率可达92.2%-95.1%。赵海等最先采纳空气阴极MFC处理甘薯燃料乙醇废水，以COD为5000mg/L的废水做底物，获得的最大电功率为334.1mW/m2，库仑效率为10.1%，COD去除率为92.9%。1.3.2染料废水工业废水(主要来自染料制造和纺织工业)包括大量的合成化学染料。染料废水色度大、成分简单、生物毒性大、处理难度大，若直接排放会对环境造成严峻污染，故必需对其进行深度处理。利用微生物电化学系统处理染料废水是一种既节能环保又高效的处理废水的技术。现有就MFC对某些染料的脱色力量的讨论。Kalathil等在没有任何昂贵的同步真实染料脱色和生物发电材料的状况下，首次开发了一种颗粒活性炭基(GACB-MFC).结果表明，阳极和阴极的去色率分别为73.0%和77.0%，COD去除率分别为71.0%和76.0%.Sun等将单室MFC系统引入处理活性艳红X-3B浓度为300mg/L的偶氮染料废水系统，最大产能为0.842W/m3Luo等第一次使用双室MFC系统处理苯酚浓度为1000mg/L、葡萄糖浓度为500