關于微生物電化學污水處理技術的探究

摘 要：隨著社會的發展，微生物電化學技術逐漸興起，受到廣泛關注。該技術在基礎理論、成本分析以及功能建設方面有很大的進展，但是用于處理污水是否可行卻受到研究學者的爭議。本文將微生物電化學污水處理技術與現在存在的污水處理技術——好氧、厭氧技術作對比分析，得出微生物電化學污水處理技術的優勢，以及未來需要著重解決的問題。

關鍵詞：微生物；電化學技術；優勢；污水處理；問題

近年來，我國越來越重視污水處理和環境保護，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。但是，好氧活性泥污工藝存在成本高的問題，厭氧水處理技術存在調控復雜，要求較高的問題，嚴重限制兩者的使用情況。

微生物電化學技術是在1911年被Potter最先發現的，之后應用在航天領域。2002年，微生物電化學技術進入一個新的研究領域——污水處理。2004年，研究學者提出了污水處理和電能回收同時進行，從此以后，微生物電化學技術作為污水處理技術，越來越受到重視。

1 微生物電化學技術優勢

1.1 污泥產率低

微生物電化學技術與傳統處理的技術不同，與厭氧水處理技術相比，微生物電化學技術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，微生物電化學技術中生物量增加較慢，有著非常低的污泥產出率。污泥產出率低使微生物電化學技術需要的能量降低，降低除污的成本。

1.2 能量自給自足

傳統的污水處理技術需要消耗許多電能，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，有著不同的耗能水平，但是消耗的能量的比較高。微生物電化學技術雖然經驗較少，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生能量，實現自給自足，使除污過程長效持續進行，同時也降低了后續運行成本。

1.3 依靠電流除污

依靠電流除污是微生物電化學技術與傳統處理技術最大的不同之處，應用微生物電化學技術除污過程中，電流越大，電極反應的速度越快，除污效果越明顯。另外，電流密度還可以根據電阻的大小進行調控，電阻越小，電流密度越大，除污效果越好，耗費的成本越低，以后的微生物電化學技術除污主要研究效率提高和成本降低之間的關系，達到最佳狀態。

2 微生物電化學技術需要解決的問題

2.1 微生物電化學技術的放大研究

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

2.2 尋求成本和運行的穩定性

微生物電化學技術污泥產率較低，而且能量自給自足，所以運行成本比較低，但是反過來構筑成本卻非常高，構筑成本高主要是由于必要的電極結構材料貴，我們可以通過減少填充密度降低構筑成本，同時也會造成微生物電化學技術處理能力的降低。研究學者表示，研制成本較低的材料是降低構筑成本的關鍵因素，在未來的技術發展中應該主要關注。

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

2.3 尋求適宜的水質范圍

因為微生物電化學技術電流密度是一定的，不能無限擴大，因此很高的進水COD很大程度上會損害微生物電化學技術對有機物的處理能力，降低氧化速度。另外，發酵菌代謝物的產生慧阻礙微生物電化學技術應用中電能的獲取，污水中污染物的毒性也會降低微生物電化學技術的性能，進而降低電能的產生。

污水中的底物濃度如果非常低就會減少微生物電化學技術運行的速率，這是因為底物濃度過低慧影響電流的產生過程，導致電流降低，產生的電能較少。

微生物電化學技術中的菌類代謝導致其不能處理所有的生化過程，這就要求耦合技術的應用了，通過耦合技術，使污水排放能夠達標。對于高濃度難以沉降的污水，厭氧技術就有很明顯的優勢，這是由于這種污水中存在很多顆粒物，也有很多的有機物，容易產生很大的腐蝕，不能用微生物電化學技術處理。人工濕地系統可以作為微生物電化學技術的后續程序，降低微生物電化學技術能量產出的壓力，但是也會存在面積大、水質不穩定的情況，需要亟待解決。

3 結論

微生物電化學技術相比傳統的污水處理技術，有著其獨特的優勢。應用微生物電化學技術，生物量增加較慢，污泥產出率比較低，導致運行成本比較低；在除污的過程中獲取能量，即利用能量平衡原理可以產生能量，實現自給自足，使除污過程長效持續進行；另外，還能夠依靠電流除污，電流密度還可以根據電阻的大小進行調控，電阻越小，電流密度越大，除污效果越好，耗費的成本越低。但是微生物電化學技術也存在未來需要解決的問題，例如由于反應器大小的增加，微生物電化學技術性能卻出現了衰減，要想將微生物電化學技術作為未來的污水處理手段，微生物電化學技術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筑成本，降低電極材料的腐蝕損壞，增加微生物電化學技術的使用壽命，從而尋求成本和運行的穩定性；由于污水中污染物的毒性也會降低微生物電化學技術的性能，進而降低電能的產生，所以需要尋求適宜的水質范圍。未來污水處理技術面臨嚴峻的考驗，解決微生物電化學技術存在的問題顯得至關重要。

參考文獻：

[1]何偉華，劉佳，王海曼，馮玉杰.微生物電化學污水處理技術的優勢與挑戰[J].電化學，2017，23（03）：283296.

[2]張霞， 肖瑩， 周巧紅， 吳振斌.微生物燃料電池中產電微生物的研究進展[J/OL].生物技術通報，2017，（09）：19

[3]龔園園.微生物電化學系統處理含硫有機廢水及硫回收技術研究[D].哈爾濱工業大學，2012.

作者簡介：羅福（1994），男，安徽霍山縣人，專業：材料化學。