重金屬?gòu)U水和有機(jī)廢水組合處理技術(shù)研究進(jìn)展
摘要：提出了一種新的污水處理技術(shù)，這種新技術(shù)是在傳統(tǒng)技術(shù)上的創(chuàng)新，既保留傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的經(jīng)典微生物處理的手段，又提出了新的觀念，將污水處理與微生物燃料電池技術(shù)結(jié)合起來，將重金屬?gòu)U水的處理和有機(jī)廢水的處理結(jié)合起來，將有機(jī)廢水池作為陽極，工業(yè)重金屬?gòu)U水池作為陰極組成微生物燃料電池。由于有機(jī)廢水的難氧化性，在陽極的惰性電極上培養(yǎng)一層生物膜，由微生物來氧化分解有機(jī)物，氧化時(shí)產(chǎn)生的電子通過惰性電極流入通路中，氧化分解產(chǎn)生的氫質(zhì)子因擴(kuò)散作用和電場(chǎng)力作用而移動(dòng)。而在陰極重金屬離子被還原為金屬單質(zhì)析出。兩電極之間用飽和硝酸鉀作為鹽橋，以避免兩極產(chǎn)生富余電荷。通過調(diào)節(jié)重金屬?gòu)U水和有機(jī)廢水的流速來控制它們的水利停留時(shí)間，使得它們?cè)诖藭r(shí)間內(nèi)的反應(yīng)能夠達(dá)到平衡狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：重金屬?gòu)U水；有機(jī)廢水；微生物燃料電池
微生物燃料電池（MFC）是利用電化學(xué)技術(shù)將微生物代謝能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置[1-2]，是在生物燃料電池基礎(chǔ)上，伴隨微生物、電化學(xué)及材料等學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展起來的。早在1910 年，英國(guó)植物學(xué)家Potter 首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流，他用鉑作電極，將其放進(jìn)大腸桿菌和普通酵母菌培養(yǎng)液中，成功制造出了世界第一個(gè)MFC。40 多年之后，美國(guó)空間科學(xué)研究促進(jìn)了MFC 的發(fā)展，他們利用宇航員的尿液和活細(xì)菌制造了一種能在外太空使用的MFC，不過放電率極低。到了20 世紀(jì)80年代，因廣泛使用電子傳遞中間體而提高了功率的輸出。90 年代起，利用微生物發(fā)電的技術(shù)出現(xiàn)了較大突破，出現(xiàn)了用污水為底物的新型MFC，可以在對(duì)污水進(jìn)行生物處理的同時(shí)獲得電能。進(jìn)入21 世紀(jì)后，隨著直接將電子傳遞給固體電極受體的微生物的發(fā)現(xiàn)[3]，使得MFC 迅速成為環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，MFC 技術(shù)不斷獲得突破。Lovley 等[4-5]和 Logan等[6-10]在電池結(jié)構(gòu)、電極材料、催化劑等方面進(jìn)行了不斷的改進(jìn)；Kim 等[11-12]在電子產(chǎn)生與傳遞機(jī)理及微生物種群的關(guān)系及演變方面做了大量的基礎(chǔ)研
究工作。
目前的微生物燃料電池多是空氣陰極，以空氣中的氧氣作為氧化劑。本文主要研究，以有機(jī)廢水作為陽極，重金屬?gòu)U水作為陰極所組成的微生物燃料電池。由于重金屬?gòu)U水具有氧化性，有機(jī)廢水具有還原性，這使得以廢治廢的實(shí)現(xiàn)得到了理論保證。將重金屬?gòu)U水作為陰極的燃料電池，有以下優(yōu)點(diǎn)：①陰極產(chǎn)物為重金屬，可將其回收再利用，且沒有
二次污染；②MFC 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相比傳統(tǒng)的耗能污水處理工藝有效降低運(yùn)行成本，且提高了降解含碳有機(jī)物的速率[13]；③可同時(shí)處理有機(jī)廢水和重金屬
廢水，并獲得電能。
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