微生物燃料电池与污水处理工艺结合应用进展

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1、第41卷第1期水处理技术Vol.41No.12015年1月TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTJan.,20155微生物燃料电池与污水处理工艺结合应用进展谢晴，周芸（四川省水利科学研究院，四川成都610072）摘要：针对目前MFC在污水处理工艺中的应用，分析了MFC技术与污水生物处理工艺结合的工作原理，重点介绍了MFC技术与几种不同水处理工艺的结合应用，并指出影响此类结合工艺性能的主要因素有水处理模式、产电稳定性（包括电极生物膜、污水性质）等，认为目前将2种工艺结合仍然面临MFC发展系统输出电压和产电功率仍较低的技术瓶颈，但技术的成熟和成本的降低，将在废物重复利用和能源再生方

2、面发挥越来越重要的作用。关键词：微生物燃料电池；水处理工艺；结合工艺中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2015)01-0005-004近10年来，国内外学者围绕如何提高微生物燃件下，通过厌氧或兼氧微生物作用，将污水中的复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程[8]。料电池（MFC）的产电性能开展了多方面的基础性研究，如关于电极材料的种类及性质、膜构件特性、所不同的是MFC应用于厌氧生物处理中，对产电菌底物能量转化、反应运行条件、微生物种类及代谢途以及其他多种功能菌的协同作用要求更高，同时对径等，并取得了一些重要成果和技术突破[1-4]。但目前各种细菌的

3、生态位分配也是该系统是否能正常运行MFC技术发展的瓶颈仍是其产电能力较低，其中最的重要前提。主要的障碍是分离转化电子的速度太慢而不能供应因此，MFC可有效去除污水中的含碳有机物，实际需要的电流量[5]。因此，相对于产电能力，利用其相比于传统厌氧消化工艺的优势在于：1）有机物其能降解有机物的特性而在污水处理方面的应用则除了供微生物厌氧呼吸外，还多了转化成电能的部更易实现，也是最有可能被大规模应用的领域。分，从而提高了降解效率；2）可导电的阳极（各种碳目前有一些关于MFC与污水处理工艺结合的素材料）促进了溶液中电子的定向传递，从而加快了报道，对于较低产电水平下污染物的去除是它们研系统反应，缩短了

4、有机物降解的时间。究的重点[6]。理论上，这类结合工艺是可以通过各类1.2好氧生物处理与MFC技术微生物作用实现有机物去除以及生物脱氮的，因此从MFC的结构上分析，无论是单室还是双室，越来越多的研究者正试图探索新的工艺，旨在保证其阴极区都是耗氧的，氧气是整个体系的最终电子受体，只不过氧没有直接用于微生物的呼吸[1]。这为电能输出的同时，又加强污水处理效果。该技术应用于好氧生物处理提供了思路。从理论上1水处理工艺与MFC结合的原理讲，只要阴极区能充分供氧，使好氧微生物得以大量1.1厌氧生物处理与MFC技术繁殖，并利用它们的呼吸将污水中的有机物氧化为原理上，MFC的阳极是在厌氧条件下，微生物二氧

5、化碳、水以及硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐等物质，同代谢产生的电子受体由一般可溶性受体，如硫酸盐、样可以使水体得到净化[9]。硝酸盐等转变为电极材料石墨或碳载铂等不溶性受综合整个电池反应来看，MFC的阳极和阴极分体，从而形成了MFC特殊的电子传递途径，即有机别是在厌氧条件下发生的氧化反应和好氧条件下发物在厌氧条件下被降解的同时产生了电流[7]。这个生的还原反应。因此，这种复合体系为MFC技术引入过程与单纯的厌氧消化不同，厌氧消化是在无氧条到污水厌（缺）氧/好氧生物处理工艺中提供了可能。收稿日期：2014-05-21基金项目：2013年四川省财政项目作者简介：谢晴（1983－），女，博士，工程师，研究

6、方向为水处理技术；联系电话：13980607233；电子邮件：271666070@qq.com6水处理技术第41卷第1期2MFC在水处理工艺中的应用2.2厌氧流化床与MFC结合目前，厌氧流化床（AFB）与MFC结合是研究2.1升流式厌氧污泥床与MFC结合较多的一种工艺，也是最有希望开发和创新的技术，王万成等构建了一种基于升流式厌氧污泥床虽然当前的研究基本上还处于实验室阶段，但其势（UASB）的微生物燃料电池，其在双室MFC的基础必将为MFC在污水处理资源化领域中开辟一条新上将阳极区改造成UASB，阳极室在进液口上面安的途径。置1个布水器使进液分布均匀，同时阳极室上部装孔维芳等提出了采用液固流

7、态化技术耦合MFC有1个气液分离器，而阴极室为无盖设计，使其暴露进行污水处理的观点，并与赵书菊等构建了AFB空于空气中（如图1所示）[10]。气碳纸膜阴极微生物燃料电池（如图2所示）[12-13]。他们以改造MFC阳极室为前提，系统有效体积1L，污水作为液相，椰壳活性炭作为固相。阳极采用碳棒（长35cm、直径0.7cm），阴极采用碳布（面积约12.56cm2），无质子交换膜，以中性红为电子介体，采用间歇运行方