關(guān)于微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的探究

摘 要：隨著社會的發(fā)展，微生物電化學(xué)技術(shù)逐漸興起，受到廣泛關(guān)注。該技術(shù)在基礎(chǔ)理論、成本分析以及功能建設(shè)方面有很大的進(jìn)展，但是用于處理污水是否可行卻受到研究學(xué)者的爭議。本文將微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)與現(xiàn)在存在的污水處理技術(shù)——好氧、厭氧技術(shù)作對比分析，得出微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的優(yōu)勢，以及未來需要著重解決的問題。

關(guān)鍵詞：微生物；電化學(xué)技術(shù)；優(yōu)勢；污水處理；問題

近年來，我國越來越重視污水處理和環(huán)境保護(hù)，提倡廢棄物再利用。目前污水處理的主要工藝是好氧活性泥污工藝和厭氧水處理技術(shù)。但是，好氧活性泥污工藝存在成本高的問題，厭氧水處理技術(shù)存在調(diào)控復(fù)雜，要求較高的問題，嚴(yán)重限制兩者的使用情況。

微生物電化學(xué)技術(shù)是在1911年被Potter最先發(fā)現(xiàn)的，之后應(yīng)用在航天領(lǐng)域。2002年，微生物電化學(xué)技術(shù)進(jìn)入一個新的研究領(lǐng)域——污水處理。2004年，研究學(xué)者提出了污水處理和電能回收同時進(jìn)行，從此以后，微生物電化學(xué)技術(shù)作為污水處理技術(shù)，越來越受到重視。

1 微生物電化學(xué)技術(shù)優(yōu)勢

1.1 污泥產(chǎn)率低

微生物電化學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)處理的技術(shù)不同，與厭氧水處理技術(shù)相比，微生物電化學(xué)技術(shù)在氧化中能夠放出更多的能量，除污更加徹底；與好氧活性泥污工藝相比，微生物電化學(xué)技術(shù)中生物量增加較慢，有著非常低的污泥產(chǎn)出率。污泥產(chǎn)出率低使微生物電化學(xué)技術(shù)需要的能量降低，降低除污的成本。

1.2 能量自給自足

傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)需要消耗許多電能，耗能較大，好氧活性泥污工藝處理一噸污水需要消耗0.6kw，而且不能利用污水自身的能量；不同的厭氧技術(shù)，有著不同的耗能水平，但是消耗的能量的比較高。微生物電化學(xué)技術(shù)雖然經(jīng)驗(yàn)較少，但是可以在除污的過程中獲取能量，即利用能量平衡原理可以產(chǎn)生能量，實(shí)現(xiàn)自給自足，使除污過程長效持續(xù)進(jìn)行，同時也降低了后續(xù)運(yùn)行成本。

1.3 依靠電流除污

依靠電流除污是微生物電化學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)處理技術(shù)最大的不同之處，應(yīng)用微生物電化學(xué)技術(shù)除污過程中，電流越大，電極反應(yīng)的速度越快，除污效果越明顯。另外，電流密度還可以根據(jù)電阻的大小進(jìn)行調(diào)控，電阻越小，電流密度越大，除污效果越好，耗費(fèi)的成本越低，以后的微生物電化學(xué)技術(shù)除污主要研究效率提高和成本降低之間的關(guān)系，達(dá)到最佳狀態(tài)。

2 微生物電化學(xué)技術(shù)需要解決的問題

2.1 微生物電化學(xué)技術(shù)的放大研究

過去幾年，隨著電流密度的增加，微生物電化學(xué)技術(shù)的功率密度也逐步增加。但是，由于反應(yīng)器大小的增加，微生物電化學(xué)技術(shù)性能卻出現(xiàn)了衰減。因此，要想將微生物電化學(xué)技術(shù)作為未來的污水處理手段，微生物電化學(xué)技術(shù)的放大研究是必然的。研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，面比電阻加大是微生物電化學(xué)技術(shù)性能出現(xiàn)衰減的主要原因，采取減小電極與電路接觸電阻大小，增加電極導(dǎo)電性可以阻止微生物電化學(xué)技術(shù)性能衰減現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.2 尋求成本和運(yùn)行的穩(wěn)定性

微生物電化學(xué)技術(shù)污泥產(chǎn)率較低，而且能量自給自足，所以運(yùn)行成本比較低，但是反過來構(gòu)筑成本卻非常高，構(gòu)筑成本高主要是由于必要的電極結(jié)構(gòu)材料貴，我們可以通過減少填充密度降低構(gòu)筑成本，同時也會造成微生物電化學(xué)技術(shù)處理能力的降低。研究學(xué)者表示，研制成本較低的材料是降低構(gòu)筑成本的關(guān)鍵因素，在未來的技術(shù)發(fā)展中應(yīng)該主要關(guān)注。

使用壽命的長短也可以影響構(gòu)筑成本，因此，提高微生物電化學(xué)技術(shù)是使用壽命十分重要。目前來看，電極材料在污水環(huán)境下被不同程度的破壞、腐蝕都會影響微生物電化學(xué)技術(shù)的使用壽命。

2.3 尋求適宜的水質(zhì)范圍

因?yàn)槲⑸镫娀瘜W(xué)技術(shù)電流密度是一定的，不能無限擴(kuò)大，因此很高的進(jìn)水COD很大程度上會損害微生物電化學(xué)技術(shù)對有機(jī)物的處理能力，降低氧化速度。另外，發(fā)酵菌代謝物的產(chǎn)生慧阻礙微生物電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用中電能的獲取，污水中污染物的毒性也會降低微生物電化學(xué)技術(shù)的性能，進(jìn)而降低電能的產(chǎn)生。

污水中的底物濃度如果非常低就會減少微生物電化學(xué)技術(shù)運(yùn)行的速率，這是因?yàn)榈孜餄舛冗^低慧影響電流的產(chǎn)生過程，導(dǎo)致電流降低，產(chǎn)生的電能較少。

微生物電化學(xué)技術(shù)中的菌類代謝導(dǎo)致其不能處理所有的生化過程，這就要求耦合技術(shù)的應(yīng)用了，通過耦合技術(shù)，使污水排放能夠達(dá)標(biāo)。對于高濃度難以沉降的污水，厭氧技術(shù)就有很明顯的優(yōu)勢，這是由于這種污水中存在很多顆粒物，也有很多的有機(jī)物，容易產(chǎn)生很大的腐蝕，不能用微生物電化學(xué)技術(shù)處理。人工濕地系統(tǒng)可以作為微生物電化學(xué)技術(shù)的后續(xù)程序，降低微生物電化學(xué)技術(shù)能量產(chǎn)出的壓力，但是也會存在面積大、水質(zhì)不穩(wěn)定的情況，需要亟待解決。

3 結(jié)論

微生物電化學(xué)技術(shù)相比傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)，有著其獨(dú)特的優(yōu)勢。應(yīng)用微生物電化學(xué)技術(shù)，生物量增加較慢，污泥產(chǎn)出率比較低，導(dǎo)致運(yùn)行成本比較低；在除污的過程中獲取能量，即利用能量平衡原理可以產(chǎn)生能量，實(shí)現(xiàn)自給自足，使除污過程長效持續(xù)進(jìn)行；另外，還能夠依靠電流除污，電流密度還可以根據(jù)電阻的大小進(jìn)行調(diào)控，電阻越小，電流密度越大，除污效果越好，耗費(fèi)的成本越低。但是微生物電化學(xué)技術(shù)也存在未來需要解決的問題，例如由于反應(yīng)器大小的增加，微生物電化學(xué)技術(shù)性能卻出現(xiàn)了衰減，要想將微生物電化學(xué)技術(shù)作為未來的污水處理手段，微生物電化學(xué)技術(shù)的放大研究是必然的；通過研制成本較低材料的方式降低構(gòu)筑成本，降低電極材料的腐蝕損壞，增加微生物電化學(xué)技術(shù)的使用壽命，從而尋求成本和運(yùn)行的穩(wěn)定性；由于污水中污染物的毒性也會降低微生物電化學(xué)技術(shù)的性能，進(jìn)而降低電能的產(chǎn)生，所以需要尋求適宜的水質(zhì)范圍。未來污水處理技術(shù)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，解決微生物電化學(xué)技術(shù)存在的問題顯得至關(guān)重要。

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作者簡介：羅福（1994），男，安徽霍山縣人，專業(yè)：材料化學(xué)。