MFC去除城市污泥中溶解性有機(jī)物的研究現(xiàn)狀

殷建惠

【摘要】文章簡要介紹了幾種去除污泥中有機(jī)物的常見方法及特點(diǎn)，微生物燃料電池通過微生物的降解作用高效利用并去除污泥中溶解性有機(jī)物的工作原理。在此基礎(chǔ)上介紹了幾種常見微生物燃料電池對(duì)溶解性有機(jī)物的去除效果，得出微生物燃料電池具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

【關(guān)鍵詞】微生物燃料電池；溶解性有機(jī)物；去除效果

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)量也在急劇上升，城市污泥中含有大量的溶解性有機(jī)物（DOM，Dissolved organic matter），他們種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在污水處理過程中的去除極其重要。目前常見的水處理工藝中對(duì)DOM的去除方法主要有混凝、吸附、膜處理及氧化等方法。這些方法很難完全去除污水中的有機(jī)物，并且需要耗費(fèi)較大的人力物力，增加成本，因此為污水中有機(jī)物的去除尋求更加簡便有效的可行之法具有深遠(yuǎn)的意義。

微生物燃料電池（MFC，Microbial Fuel Cells）通過微生物的降解作用使溶解性有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，不僅做到了對(duì)污泥中有機(jī)物的有效去除而且去除過程中亦可獲得大量能源，是一種新型的生物電化學(xué)系統(tǒng)。近年來關(guān)于微生物燃料電池的研究越來越多，可見MFC在適應(yīng)未來社會(huì)開發(fā)綠色新能源方面的潛力之大，已經(jīng)受到了國內(nèi)外研究者的重視。

1、去除DOM的常見方法及特點(diǎn)

早在18世紀(jì)人們就開始了對(duì)飲用水處理深度的探討，其中溶解性有機(jī)物的去除非常重要。由于多種因素影響，城市污水中有機(jī)物的成分錯(cuò)綜復(fù)雜。有易降解有機(jī)物如糖類，蛋白質(zhì)等，難降解有機(jī)物如各種酚類、脂類等。

常見的水處理工藝中對(duì)DOM的去除方法有混凝，活性炭吸附、膜處理，氧化等。Kanplan經(jīng)過對(duì)美國某些污水廠處理工藝的研究發(fā)現(xiàn)，混凝方法對(duì)污水中溶解性有機(jī)物的去除效果一般。活性炭吸附具有比表面積大，孔隙發(fā)達(dá)，吸附效果好，材料易得等特點(diǎn)，但是污水中的大分子有機(jī)物容易堵塞活性炭孔隙，影響DOM的去除效果。膜處理技術(shù)具有出水穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但是膜的使用壽命，使用成本等因素都會(huì)在一定程度限制著膜處理技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。氧化法通過氧化降低有機(jī)物的生物穩(wěn)定性，從而更易于吸附和絮凝，常用的氧化法有臭氧氧化，生物氧化等。

2、微生物燃料電池的工作原理

常見的微生物燃料電池一般包括陰極室、陽極室、質(zhì)子交換膜和外電路等組件，稱之為雙室微生物燃料電池。此外，一些研究者在雙室MFC的基礎(chǔ)上研究出了不含陰極室的單室MFC，和不含質(zhì)子交換膜的無膜MFC。近些年來人們對(duì)MFC構(gòu)形的研究層出不窮，但是萬變不離其宗，微生物燃料電池中的產(chǎn)電微生物作為催化劑通過對(duì)有機(jī)物的降解作用產(chǎn)生質(zhì)子和電子，電子通過介質(zhì)被輸送到到陽極，而后通過外電路傳遞到陰極從而形成電流，質(zhì)子傳遞到陰極，與在陰極得到電子后被還原的氧化劑結(jié)合生成水。

3、幾種常見MFC去除DOM的研究

3.1 典型雙室MFC去除DOM的研究

典型雙室MFC主要由陰極室、陽極室、質(zhì)子交換膜、和外電路組成，構(gòu)造簡單。影響微生物燃料電池對(duì)溶解性有機(jī)物去除效果的因素眾多，其中產(chǎn)電微生物作為催化劑，其生長狀態(tài)和活躍程度是最為直接的影響因素。雙室MFC陰極室和陽極室之間以質(zhì)子交換膜隔開，為產(chǎn)電微生物的活動(dòng)提供了相對(duì)獨(dú)立的空間，更有利于微生物的生存。

剩余污泥中含有大量的溶解性有機(jī)物，這些有機(jī)物均可以作為燃料為微生物燃料電池所降解利用。有國外研究者實(shí)驗(yàn)表明，雙室微生物燃料電池對(duì)多種廢水的COD去除率均高達(dá)70%以上。

3.2 單室MFC去除DOM的研究

單室MFC是基于雙室MFC的一大創(chuàng)新，單室MFC運(yùn)行過程中陰極直接暴露在空氣中，可以減少通氣設(shè)備，降低成本，且體積小、構(gòu)造簡單，不需要質(zhì)子交換膜，還可以提高電能的輸出效率。

單室空氣陰極微生物燃料電池對(duì)污泥中有機(jī)物的去除率最高可達(dá)80%以上。單室MFC省去了陰極室，電子由陽極可直接傳遞到陰極，大大減小了電池內(nèi)阻，因此單室微生物燃料電池還具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.3 其他形式MFC去除DOM的研究

隨著對(duì)微生物燃料電池的研究愈加深入，出現(xiàn)了越來越多形式的微生物燃料電池，比如管式微生物燃料電池，上流式微生物燃料電池，串聯(lián)式微生物燃料電池等。

這些形式的微生物燃料電池具有擴(kuò)大了陰陽極接觸面積，減小了電池內(nèi)阻，增加了反應(yīng)器有效容積等特點(diǎn)，可以有效提高污泥中溶解性有機(jī)物的去除效果。

4、結(jié)語與展望

常規(guī)的物理和生物處理是很難完全去除城市污水中有機(jī)污染物的，這些污染物在污水處理過程中一部分發(fā)生轉(zhuǎn)化，一部分仍然留在污水中，經(jīng)過吸附等作用進(jìn)入活性污泥過程中，雖然含量很少但是危害卻是很大的。

近年來關(guān)于微生物燃料電池的研究越來越多，其在污水處理方面的潛力越來越得到重視，微生物燃料電池不僅能夠以單一的碳水化合物作為燃料發(fā)電，而且可以利用有機(jī)污染物回收電，同時(shí)處理廢水中的溶解性有機(jī)物。

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