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，對于緩解當前能源危機及水環(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，被認為是用于放大和處理實際廢水的反應器構(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用.以碳為基體的電極材料，包括碳紙、碳布、碳氈、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，但反應器結(jié)構(gòu)、運行條件的不同導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).