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化工进展
2009 年第 28 卷增刊 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·59·
重金属废水和有机废水组合处理技术研究进展
李永峰 1,2,3,姜颖 1,2,杨传平 1,王东阳 3
(东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040;上海工程技术大学化学化工学院,上海 201620;哈尔滨工业大
学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨 150090)

摘要:提出了一种新的污水处理技术,这种新技术是在传统技术上的创新,既保留传统污水处理技术的经典微
生物处理的手段,又提出了新的观念,将污水处理与微生物燃料电池技术结合起来,将重金属废水的处理和有机
废水的处理结合起来,将有机废水池作为阳极,工业重金属废水池作为阴极组成微生物燃料电池。由于有机废水
的难氧化性,在阳极的惰性电极上培养一层生物膜,由微生物来氧化分解有机物,氧化时产生的电子通过惰性电
极流入通路中,氧化分解产生的氢质子因扩散作用和电场力作用而移动。而在阴极重金属离子被还原为金属单质
析出。两电极之间用饱和硝酸钾作为盐桥,以避免两极产生富余电荷。通过调节重金属废水和有机废水的流速来
控制它们的水利停留时间,使得它们在此时间内的反应能够达到平衡状态。
关键词:重金属废水;有机废水;微生物燃料电池

微生物燃料电池(MFC)是利用电化学技术将二次污染;②MFC 的结构简单,相比传统的耗能污
微生物代谢能转化为电能的一种装置[1-2],是在生物水处理工艺有效降低运行成本,且提高了降解含碳
燃料电池基础上,伴随微生物、电化学及材料等学有机物的速率[13];③可同时处理有机废水和重金属
科的发展而发展起来的。早在 1910 年,英国植物学废水,并获得电能。
家首次发现了细菌的培养液能够产生电流,
Potter 的结构及反应机理
他用铂作电极,将其放进大肠杆菌和普通酵母菌培 1 MFC
养液中,成功制造出了世界第一个 MFC。40 多年 MFC 的基本结构
之后,美国空间科学研究促进了 MFC 的发展,他电池的反应器分为阳极室和阴极室,阳极和阴
们利用宇航员的尿液和活细菌制造了一种能在外太极分别置于两极室中,两极间用铜导线连接,并接
空使用的 MFC,不过放电率极低。到了 20 世纪 80 入负载电阻,两极室用盐桥相连(用饱和硝酸钾溶
年代,因广泛使用电子传递中间体而提高了功率的液注入 U 型管来制备盐桥)。如图 1 所示。
输出。90 年代起,利用微生物发电的技术出现了较

大突破,出现了用污水为底物的新型 MFC,可以在 V
盐桥
对污水进行生物处理的同时获得电能。进入 21 世纪
后,随着直接将电子传递给固体电极受体的微生物
的发现[3],使得 MFC 迅速成为环境领域研究的热
点,MFC 技术不断获得突破。Lovley 等[4-5]和 Logan 阳极阴极
等[6-10]在电池结构、电极材料、催化剂等方面进行
[11-12]
了不断的改进;Kim 等在电子产生与传递机理阳极室阴极室
及微生物种群的关系及演变方面做了大量的基础研
究工作。图 1 实验装置示意图
目前的微生物燃料电池多是空气阴极,以空气
中的氧气作为氧