新型废水处理技术分析

　微生物燃料电池 (microbial fuel cells，MFCs) 是一种以微生物为催化剂将储存在废水中的化学能直接转化为电能的新型废水处理技术，具有燃料来源多样化、操作条件温和、无需能量输入、清洁等优点，对于缓解当前能源危机及水环境污染有重要意义，因此受到了广泛关注.近年来多种构型的反应器被开发出来，如双室、单室、上流式、平板式、管式等，其中单室空气阴极型MFC由于不需要使用质子交换膜和曝气装置，具有结构简单、成本低、电池内阻低和产电功率高等优点，被认为是用于放大和处理实际废水的反应器构型.但单室空气阴极型MFC放大后，还存在产电功率低和电池成本高的关键问题.

　　阳极作为MFC的重要组成部分，不仅是产电菌群的附着载体，而且是电子传递的关键位点，对MFC的产电性能有至关重要的影响.高性能的MFC阳极材料需要具有导电性好、比表面积大、耐腐蚀、生物相容性好和价格低廉等特点.金属阳极材料，如不锈钢，成本低廉，但需要对金属表面进行处理或修饰以提高金属表面的生物相容性和比表面积.修饰的工艺、成本和金属阳极*使用过程中存在的腐蚀问题限制了金属阳极在大尺寸MFC及实际废水处理中的应用.以碳为基体的电极材料，包括碳纸、碳布、碳毡、石墨颗粒、碳刷等是MFC广泛使用的阳极材料，其中碳刷、碳布和石墨毡材料常被用作大尺寸MFC (>1 L) 的阳极材料.Zhang等使用碳布作为2 L管式MFC的阳极，在处理城市废水时COD去除率为53%，zui大输出功率密度为0.68 W·m-3.以石墨毡为阳极构建的1.5 L和10 L管式MFC运行啤酒厂废水时COD去除率为83.8%，zui大输出功率密度为11 W·m-3.Feng等以碳刷为阳极材料构建了容积为250 L的MFC，在处理城市废水时COD去除率为86%，zui大输出功率密度为0.47 W·m-3.这些大尺寸MFC都可以在脱除COD的同时从废水中以电能形式回收部分电能，但反应器结构、运行条件的不同导致难以比较不同阳极材料对MFC产电性能的影响，并且这些研究也没有比较不同电极材料的产电效益.

　　因此，为了获得产电性能和产电效益zui高的阳极材料，本文以自制大尺寸空气阴极型MFC研究了碳刷、碳布、石墨毡阳极材料对MFC性能的影响，评价了不同阳极材料MFC的启动特性和运行以乙酸钠为基质的人工废水和实际屠宰场废水的产电功率和废水处理效果，并且比较了单位阳极成本的产电效益，以期为微生物燃料电池实用化过程中阳极材料的选择提供依据.