微生物燃料电池运用于废水脱氮的研究进展

黄彦琦 赵少宏 周亚 张禹城 张新颖

（福州大学环境与安全工程学院 福建福州 350108）

近年来，人类在生活以及生产中产生的氮元素随着城镇化以及工业化的快速发展而逐年增加，而传统生化法脱氮存在着以下几个缺点：所需能耗大（0.5 kWh/m3～2.0 kW·h/m3）、需额外添加碳源、反应流程长、反应器占地大、剩余污泥过多等［1］。据估计，废水处理所需消耗的电量约占世界用电量的3%［2-3］，能否长期高效并且节能的处理废水已经成为世界诸多地区面临的重要挑战［4］。

因此，一个能在能源上自给自足，并且能够稳定处理含氮废水的工艺极具市场潜力。研究表明，废水处理所含有的能量相当于处理它所消耗能量的10 倍［5］。故能够对处理废水的工艺进行改善并提取其潜在的能量，使废水处理成为能源的生产者而非消费者，进而形成一个在能量上自给自足的废水处理系统是极具有发展潜力和实际应用价值的。

1 MFC 概述

微生物燃料电池（microbial fuel cell，MFC）从根本上是一种在厌氧条件下通过微生物代谢产生氧化还原反应，进而将有机物或者无机物中所含有的化学能转化为电能。MFC 的阳极不需要使用金属催化剂，仅需细菌附着在电极表面并保持厌氧状态，将阳极室中许多不同的化学物质（例如氢气、可生物氧化有机物）通过催化氧化的方式进行发酵，生成二氧化碳、电子和质子。其中电子传递到电极上产生电流，并通过外接电路传送到阴极发生化学还原，从而达到产电的效果。期间阳极因发酵而产生的质子为保持电荷平衡将迁移到对电极，以便它们可以在阴极与质子和化学阴极电解质结合。……