新型廢水處理技術(shù)分析

　微生物燃料電池 (microbial fuel cells，MFCs) 是一種以微生物為催化劑將儲存在廢水中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型廢水處理技術(shù)，具有燃料來源多樣化、操作條件溫和、無需能量輸入、清潔等優(yōu)點，對于緩解當(dāng)前能源危機(jī)及水環(huán)境污染有重要意義，因此受到了廣泛關(guān)注.近年來多種構(gòu)型的反應(yīng)器被開發(fā)出來，如雙室、單室、上流式、平板式、管式等，其中單室空氣陰極型MFC由于不需要使用質(zhì)子交換膜和曝氣裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、電池內(nèi)阻低和產(chǎn)電功率高等優(yōu)點，被認(rèn)為是用于放大和處理實際廢水的反應(yīng)器構(gòu)型.但單室空氣陰極型MFC放大后，還存在產(chǎn)電功率低和電池成本高的關(guān)鍵問題.

　　陽極作為MFC的重要組成部分，不僅是產(chǎn)電菌群的附著載體，而且是電子傳遞的關(guān)鍵位點，對MFC的產(chǎn)電性能有至關(guān)重要的影響.高性能的MFC陽極材料需要具有導(dǎo)電性好、比表面積大、耐腐蝕、生物相容性好和價格低廉等特點.金屬陽極材料，如不銹鋼，成本低廉，但需要對金屬表面進(jìn)行處理或修飾以提高金屬表面的生物相容性和比表面積.修飾的工藝、成本和金屬陽極*使用過程中存在的腐蝕問題限制了金屬陽極在大尺寸MFC及實際廢水處理中的應(yīng)用.以碳為基體的電極材料，包括碳紙、碳布、碳?xì)?、石墨顆粒、碳刷等是MFC廣泛使用的陽極材料，其中碳刷、碳布和石墨氈材料常被用作大尺寸MFC (>1 L) 的陽極材料.Zhang等使用碳布作為2 L管式MFC的陽極，在處理城市廢水時COD去除率為53%，zui大輸出功率密度為0.68 W·m-3.以石墨氈為陽極構(gòu)建的1.5 L和10 L管式MFC運(yùn)行啤酒廠廢水時COD去除率為83.8%，zui大輸出功率密度為11 W·m-3.Feng等以碳刷為陽極材料構(gòu)建了容積為250 L的MFC，在處理城市廢水時COD去除率為86%，zui大輸出功率密度為0.47 W·m-3.這些大尺寸MFC都可以在脫除COD的同時從廢水中以電能形式回收部分電能，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件的不同導(dǎo)致難以比較不同陽極材料對MFC產(chǎn)電性能的影響，并且這些研究也沒有比較不同電極材料的產(chǎn)電效益.

　　因此，為了獲得產(chǎn)電性能和產(chǎn)電效益zui高的陽極材料，本文以自制大尺寸空氣陰極型MFC研究了碳刷、碳布、石墨氈陽極材料對MFC性能的影響，評價了不同陽極材料MFC的啟動特性和運(yùn)行以乙酸鈉為基質(zhì)的人工廢水和實際屠宰場廢水的產(chǎn)電功率和廢水處理效果，并且比較了單位陽極成本的產(chǎn)電效益，以期為微生物燃料電池實用化過程中陽極材料的選擇提供依據(jù).