黄泽祎

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，工业污水排放量日益增加，污水处理问题已经成为人们关注的焦点。本文简要分析了微生物电化学技术在污水处理方面的优势，以及该技术在应用中面临的挑战，希望此项工艺技术在实用的过程中能够进一步简化系统结构，降低构筑成本，提升运行的稳定性。

关键词：微生物电化学技术;污水处理;污水底物

近年来，我国愈发重视水资源与环境保护技术的研发，以此来革新传统水处理工艺，减少能源的消耗。传统污水水处理工艺具有的复杂调控模式使其无法得到广泛应用，而微生物电化学污水处理技术是一种新型的水处理工艺，能够在去除污染物的同时减少能源消耗，对污水的综合整治具有重要意义。

1 微生物电化学污水处理技术的优势分析

1.1 降低污泥产率

微生物电化学处理系统简称为MES，其工作原理为利用阳极微生物新陈代谢效用，进而将有机物分解并在电子阳极导出，在阳极电子的流动过程中将会与阴极电子发生反应，在形成电流的过程实现能量输出，是MES的核心工作过程。从微生物代谢的角度来讲，污水中的有机污染物与微生物细胞将会进行分解代谢反应，进而起到去污作用。平均每1摩尔的葡萄糖在好氧代谢的过程中将会产生32摩尔ATP，进而为微生物供给能量。好氧微生物通过借助能量进行代谢反应所形成的有机物质，将远大于污泥的剩余量，可有效分解城市污水处理过程中产生的剩余污泥。

1.2 在运行中实现能量自给

传统的水处理方式无法有效利用污水中的能量，只是侧重于去除污染物，并且在此过程中将会消耗大量的能量。我国当前的水处理工艺主要分为好氧工艺与厌氧工艺，好氧工艺的特点为无法有效利用污水能量，厌氧工艺则需要根据实际工艺实施类型来决定能量投入。微生物电化学处理系统（MES）运行中，可以代谢污水中的微生物，在污水中获取能量，维持自身的能量平衡。MES可适用于高浓度污水中，将其中的大部分有机物矿化，并且在使用的过程中便于操作、无需曝气，可以通过污泥处理工序来降低运行成本。

1.3 利用电流强化去除污水底物

污水中蕴含的大量微生物具有电子传递的能力，令MES阳极具有广泛的菌群来源，在混菌MES中，具备胞外电子传递能力的菌株与其他菌株共同存在、相互競争和依存，外电子传递的菌群一般无法直接降解较为复杂的有机物[1]。由于MES体系中电极间具有大量电流，MES反应器可以促进体系反应。此外，MES的电流密度可以对外电阻起到调控作用，降低电阻进而获得较大电流，提高系统去除污泥的速率。

2 微生物电化学污水处理技术面临的挑战

2.1 构建适用于放大的系统

在过去几年里，阳极电极微生物的电流密度在逐渐提升，MES阴极面积污水中的底物去除功率也在上升。但是由于反应器的尺度不断增加，导致MES去污性能降低，作为一种潜能巨大的污水处理技术，需要利用尺寸效应来设计适用MES的放大构型。经过研究不同大小的反应器，发现面壁电阻是致使MES系统功能降低的主要因素。由于MES内阻在放大过程中的非理想衰减，即部分内阻不随着反应器截面积的增大而等比缩小，这部分内阻来源于电极和外电路接触位点的欧姆内阻，电极材料电阻导致的电极表面电流密度分布不均，小电流运行导致的阳极菌群性能退化。鉴于此，对于大型的MES，可以通过降低电极与外电路接触电阻的方法来增加材料导电性，令外电路接入方式更加优化，进而改善MES运行性能的衰减。

2.2 成本投入与运行稳定性问题

微生物电化学污水处理技术能够降低污泥产量，并且可以实现能量自给，本身具有较低的运行成本，但是其系统的构筑却需要花费大量的资金。此外，在复杂的污水环境中，电极材料的污染、腐蚀、结构破坏以及电极催化剂的失活均会造成电极性能的迅速衰减。不同底物、启动条件以及运行条件也会导致电极生物膜性能有所差异。在多MES模块的堆栈结构中，由于在流程中位置以及底物浓度的差异，长期运行后各模块间电极生物膜也表现出不同性能。以上原因将会威胁到微生物电化学污水处理技术投入使用的稳定性。

2.3 需要寻求适宜的水质范围

虽然MES可以投入应用在多种有机污染物中，但是大多数的胞外电子传递菌群直接降解复杂有机物的情况较为少见，通过研究易降解水质的情况，发现MES只能利用较为简单的底物，比如乙酸、甲酸、氢，在对具有高浓度复杂有机物的污水处理上，其运行性能将会明显下降。MES电极间具有有限的电流密度，一旦有过高进水COD出现，MES将无法处理此类有机物，此时反应器将降低有机物氧化的速率，进而影响MES系统能够获得的最大电流。当MES无法承受进水COD能力时，发酵菌代谢产物将会迅速增加，抑制MES的电能获取。此外，除了水质中复杂的有机物能够对MES运行产生影响以外，较低的底物浓度也会影响MES的运行。过低的底物浓度会影响阳极菌群的电流产生过程，令生物膜阳极菌群代谢活性降低，减少MES中的电能。

3 结论

综上所述，微生物电化学污水处理技术相对于传统污水处理技术相比具有一定的优势，具有较低的运行成本，能够利用平衡原理在去污过程中实现能量的自给自足，令去污过程循环进行。但还是此项技术如今还未发展成熟，未来的污水处理技术中面临着考验，还需加快科研步伐。

参考文献：

[1]何伟华，等.微生物电化学污水处理技术的优势与挑战[J].电化学，2017，23（03）：283-296.