殷建惠

【摘要】文章簡(jiǎn)要介紹了幾種去除污泥中有機(jī)物的常見(jiàn)方法及特點(diǎn)，微生物燃料電池通過(guò)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(jiàn)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(guó)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(guò)程中的去除極其重要。目前常見(jiàn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(lái)關(guān)于微生物燃料電池的研究越來(lái)越多，可見(jiàn)MFC在適應(yīng)未來(lái)社會(huì)開(kāi)發(fā)綠色新能源方面的潛力之大，已經(jīng)受到了國(guó)內(nèi)外研究者的重視。

1、去除DOM的常見(jiàn)方法及特點(diǎn)

早在18世紀(jì)人們就開(kāi)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(jiàn)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(guò)對(duì)美國(guó)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?；钚蕴课骄哂斜缺砻娣e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(guò)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(jiàn)的微生物燃料電池一般包括陰極室、陽(yáng)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(wú)膜MFC。近些年來(lái)人們對(duì)MFC構(gòu)形的研究層出不窮，但是萬(wàn)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(guò)對(duì)有機(jī)物的降解作用產(chǎn)生質(zhì)子和電子，電子通過(guò)介質(zhì)被輸送到到陽(yáng)極，而后通過(guò)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(jiàn)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(yáng)極室、質(zhì)子交換膜、和外電路組成，構(gòu)造簡(jiǎn)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(zhǎng)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(yáng)極室之間以質(zhì)子交換膜隔開(kāi)，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(guó)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(guò)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(jiǎn)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(yáng)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(lái)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(yáng)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(yǔ)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(guò)程中一部分發(fā)生轉(zhuǎn)化，一部分仍然留在污水中，經(jīng)過(guò)吸附等作用進(jìn)入活性污泥過(guò)程中，雖然含量很少但是危害卻是很大的。

近年來(lái)關(guān)于微生物燃料電池的研究越來(lái)越多，其在污水處理方面的潛力越來(lái)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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石彥麗.城市污水處理過(guò)程中溶解性有機(jī)物的分級(jí)表征[D].西安建筑科技大學(xué)，2014.

[2] 蔣豐，劉陽(yáng)，等.水處理工藝對(duì)溶解性有機(jī)物的去除[J]. 吉林農(nóng)業(yè)，2012， （3）：151-152.

[3]Kaplan L A，Reasoner D J，Rice E W.A survey of BOM in US drinking water[J].American Water Works Association，1994，86（2）：121-132.

[4] BullenR A，Arnot T C，Lakemanc J B，et al.Biofuel cells and theirdevelopment[J].Biosens Bioelectron，2006，21 （ 11 ） ： 2015 -2045.

[5] 劉文君，楊憶新.超濾/粉末活性炭組合工藝深度處理黃河源水. 中國(guó)給水排水2010，26（15）：48-50.