微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)

城市污水處理技術(shù)的升級和管理模式的建設(shè)是建立在社會經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)之上的。伴隨著我國經(jīng)濟社會的建設(shè)水平不斷提升，環(huán)境保護問題逐漸的凸出。城市建設(shè)過程中，基礎(chǔ)資源的利用效率和回收情況尤為凸出。污水的處理與再利用是其中最引人注目的建設(shè)項目之一。當(dāng)前我國主要使用厭氧水處理技術(shù)以及好氧活性泥污工藝來對污水進行處理，但是這兩種處理手段的處理效率都不是很高，對于污水的處理成本太高，且存在一定的外部環(huán)境限制。在當(dāng)前城市化發(fā)展的態(tài)勢之下，這顯然不能滿足當(dāng)前的發(fā)展和需求。微生物電化學(xué)技術(shù)最早并不使用于污水處理之中的，作為航天領(lǐng)域的常用技術(shù)之一，它直到近代才被研究并嘗試投入到污水處理之中，成為一種新的技術(shù)類型。研究學(xué)者在實驗的過程中逐漸發(fā)現(xiàn)了這種新的污水處理技術(shù)的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比較而言，微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的優(yōu)勢廣泛，并且顯然更加適合當(dāng)前發(fā)展環(huán)境中的城市污水處理。其性能卓越，并且污水處理的同時還能同步回收電能。這也是當(dāng)前越來越多人選擇針對性研究微生物電化學(xué)技術(shù)并深入使用的重要原因。

1、微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的概述

微生物電化學(xué)技術(shù)是微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)類型，是一個復(fù)雜的多方學(xué)科融合的綜合技術(shù)類型。其中包括了微生物、電力系統(tǒng)和化學(xué)材料，正是因為這些學(xué)科的廣泛應(yīng)用和融合，才使得微生物電化學(xué)技術(shù)具備了交叉滲透，廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢。我們將微生物和電化學(xué)分開來看待，最早發(fā)現(xiàn)微生物電化學(xué)技術(shù)的科學(xué)家實際上是發(fā)現(xiàn)了微生物中存在的電化學(xué)跡象，他發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌之間也可以產(chǎn)生電流。于是微生物電化學(xué)技術(shù)在誕生之后首先服務(wù)于航天科技領(lǐng)域，主要對太空中的微生物進行收集，并利用電化學(xué)將其轉(zhuǎn)化為可以使用的能量。而一直到二十一世紀(jì)，科學(xué)家才逐漸的發(fā)現(xiàn)其他產(chǎn)業(yè)可能也能夠與微生物電化學(xué)技術(shù)進行一定的融合。污水和污泥中本身有大量微生物，這些微生物從本源上來看為陽極接種菌群，是可以被合理應(yīng)用到微生物電化學(xué)系統(tǒng)中的。而伴隨著微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的發(fā)展和實踐，我們從陽極接種菌群發(fā)展到了陰極微生物群，由這些微生物搭建起來的微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)可以將污水處理和電能回收利用有機的結(jié)合起來，也就是我們現(xiàn)在看到并不斷深入研究的技術(shù)類型。如今這種技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，其使用的實際優(yōu)勢已經(jīng)非常的明顯。

2、微生物污水處理技術(shù)的應(yīng)用

對污水進行處理的微生物技術(shù)包括多種，而活性污染處理就屬于其中之一。

活性污染處理技術(shù)的實施原理主要是在通氣的條件下，借助包含好氧微生物的活性污泥，對污水中的廢水生物進行凈化處理的一個過程。活性污泥其實則是一種絨絮狀的小顆粒，細(xì)菌、菌類、藻類以及線蟲等不同種類的微生物都是其重要的構(gòu)成部分之一。而對于運行條件較為良好的活性污泥來說，其對污水實施時，主要通過活性污泥中的微生物及有機營養(yǎng)物所形成的食物鏈進行處理的。

其二為厭氧生物處理技術(shù)，在微生物技術(shù)處理污水時，運用厭氧生物處理技術(shù)也是一種行之有效的方法，該技術(shù)也被叫做厭氧消化或者厭氧發(fā)酵，主要是在無氧條件下實施污水處理工作的，通過借助不同的厭氧菌并將其結(jié)合在一起對有機污染物進行降解，進而達到處理污水的目的。該項技術(shù)適合處理不溶性有機物含量較高的污水或者濃度較高的工業(yè)廢水中，同時對剩余污泥進行處理時，也經(jīng)常運用該項技術(shù)。

其三為生物膜處理技術(shù)，在運用微生物技術(shù)對污水進行處理時，其中所運用的生物膜處理技術(shù)，可有效提升生物濾池的凈化效率。該技術(shù)實施原則為污水過渡到濾料時，濾料表面逐漸將污水中的污染物及微生物吸附在一起，繼而形成一種生物膜的形態(tài)，然后通過不同微生物的相互結(jié)合，從而形成了菌膠團，其氧化能力極強，從而實現(xiàn)對污水的氧化分解，來達到凈化水質(zhì)的目的。

其四為氧化塘處理技術(shù)。該項技術(shù)的實施主要是借助外界客觀因素，如人工或者自然池塘得以實現(xiàn)污水的處理工作的，在氧化塘中，廢水生物經(jīng)懸浮于污水中的有機菌藻共生作用、水中微生物代謝活動進行降解,水中藻類光合作用能增高溶解氧濃度,氧化塘污水中的細(xì)菌可將污水有機物分解變成二氧化碳、硝酸根等無機物,沉積于污泥中的有機物則可通過厭氧菌分解成甲烷、硫化氫等被藻類利用,從而使污水得到凈化。

其五為生物強化技術(shù)，在運用微生物技術(shù)對污水進行處理時，生物強化技術(shù)得到了更大范圍的使用，處理污水工作時不僅操作較為便捷，并且可提升污水處理的效率，縮減資金成本的投入。生物強化技術(shù)主要借助生物金屬對污水進行處理，在污水中放入特殊的生物種類，并適當(dāng)加強自然菌群的生物力量，然后通過生物自身具備的新陳代謝作用，將發(fā)生污染的物質(zhì)進行吸收和分解，以此達到凈水的目的。對污水處理進行直接作用以及共代謝作用都屬于生物強化的工藝，前者的處理工藝主要是經(jīng)過對相關(guān)技術(shù)的運用對微生物進行獲取的，之后通過運用適量的微生物降解污水中的污染物。后者的處理工藝主要是在條件允許的前提下，經(jīng)對廢水中存在的某些有害物質(zhì)進行降解的，通過運用共代謝作用處理工藝，可改變污水的化學(xué)結(jié)構(gòu)普，減少污水所帶來的危害。

其六為生物過濾法，該處理技術(shù)即在合適的條件下，由微生物填料將氣體中的雜物吸收，然后由微生物進行分解，通過這樣的方式，可有效完成廢氣的除臭工作。而其中微生物起到的作用就是完成了物質(zhì)的轉(zhuǎn)換工作，所以要加強對其的培育，給予其更多的有機養(yǎng)分，那么要想讓微生物活性更高，就必須為其一個良好的生存緩解，以使生物過濾法得到更好的運用，進而達到凈水的目的。

3、微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 應(yīng)用過程中可實現(xiàn)能量的自給自足

微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)具備同步處理污水和轉(zhuǎn)化電能的能力，所以在技術(shù)使用的過程中，并不用擔(dān)心能源的供給問題。能量的自給自足是該技術(shù)的基礎(chǔ)優(yōu)勢之一，與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比，少了能源供給這部分工作，其實踐的效率增強了很多。我們與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)進行對比，比如說好氧處理技術(shù)的實際應(yīng)用。通常好氧技術(shù)處理10噸重的污泥，就需要消耗掉大約7kw的電力能源，而這部分電力能源需要污水處理廠完成內(nèi)部供給。設(shè)備在運作的過程中供給需要持續(xù)并且始終保持穩(wěn)定，而這樣的工作模式對于綜合污水處理過程中產(chǎn)生的能量并沒有進行有效的利用?？梢哉f傳統(tǒng)的污水廠處理辦法能源的轉(zhuǎn)化與污水的處理是互相割裂的，其能源應(yīng)用率不高，整體效率呈現(xiàn)狀態(tài)不佳。而微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的目前應(yīng)用范圍較小，但就針對能源的利用和轉(zhuǎn)化，其優(yōu)勢十分的明顯，它利用平衡原理將污水處理和電能轉(zhuǎn)化有機的結(jié)合了起來，在污水處理的過程中，能夠?qū)a(chǎn)生的部分電能再應(yīng)用到去污工作中去，實現(xiàn)了能量的內(nèi)部供給，所以，該技術(shù)的應(yīng)用不僅加強了技術(shù)內(nèi)部的使用效率，還降低了污水處理技術(shù)后續(xù)維護的成本。

3.2 污泥產(chǎn)出率相對較低

由于微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)具備電能轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢，所以在實際污水處理的過程中，電能可充分的完成釋放，進而加強對污水的處理，提升去污能力，其污泥的產(chǎn)出率要相對較低。因為目前污水處理過程中，只有兩類較常使用的污水處理辦法，即厭氧技術(shù)和好氧技術(shù)，而這兩種技術(shù)在處理污水的過程中都會產(chǎn)生大量的污泥，污泥會成為新的處理難題。所以相對來看，污泥產(chǎn)出率更少的微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的實效性更強。在該技術(shù)實際應(yīng)用的過程中，生物的增加速度和增加量會受到電能的影響而有所降低，所以最終污泥的產(chǎn)出速度也較為緩慢，這樣一來可以正面降低微生物化學(xué)技術(shù)在處理污泥上應(yīng)用的能量，其余的能量可以被投入到更多的污水廠處理中去。從整體支出成本和處理效率方面考慮，顯然這樣的處理模式具備良性循環(huán)能力，更能夠提升經(jīng)濟效益。

3.3 電流去污能力顯著

在應(yīng)用微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的過程中，電流越大，電機的反應(yīng)速度就越快，因此去污效果就會顯著提高。并且微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)還具備很強的電能轉(zhuǎn)化能力，所以在實際應(yīng)用的過程中，電能的轉(zhuǎn)化效率有所保障，其去污效率顯然更加優(yōu)秀。在傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)使用過程中，通常對微生物電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用很少，并且沒有自主的轉(zhuǎn)化能力，所以最終污水處理的成本消耗更大，在這一點上，微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的優(yōu)勢顯然更為明顯。

4、微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的應(yīng)用挑戰(zhàn)

4.1 應(yīng)用范圍較小，研究程度不深

微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)雖然應(yīng)用優(yōu)勢非常的限制，但是目前我國多數(shù)地區(qū)對于污水處理技術(shù)的選擇上還是更加偏向于厭氧技術(shù)和好氧技術(shù)。其原因有兩個方面，一是微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的實踐程度不夠，目前沒有太多的理論數(shù)據(jù)和實踐數(shù)據(jù)支撐該技術(shù)，實際應(yīng)用過程中，無法保證該技術(shù)是否能夠長期穩(wěn)定的進行污水處理，使用過程是否會出現(xiàn)功能性的消退等等。二是該技術(shù)在當(dāng)前實踐應(yīng)用的過程中也面臨著諸多的挑戰(zhàn)，因為技術(shù)發(fā)展的不成熟和不深入，所以問題的出現(xiàn)只能依靠后續(xù)技術(shù)的發(fā)展來一步步解決。微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)在污水處理的過程中其電流的密度會不斷增大，這會導(dǎo)致使用設(shè)備功率的增高，但是反應(yīng)器是有一定規(guī)格限制的，一定要在限制范圍內(nèi)進行使用，這導(dǎo)致污水處理過程中，電化學(xué)技術(shù)受到了一定的顯著，其理論能力超前但實踐效果出現(xiàn)了出入。所以目前我們針對性發(fā)展微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的首要辦法就是要進行深入研究，只有該技術(shù)不斷的成熟，未來使用范圍和實踐能力才能進一步的提升。

除此之外，電化學(xué)技術(shù)的使用成本和運行穩(wěn)定性之間的關(guān)系還需要進一步的實踐理論進行支撐。除去該技術(shù)的構(gòu)筑成本高昂之外，其容錯率較低，因此對其運行的穩(wěn)定性需求更高。因為電極材料在污水環(huán)境下會得到不同程度的破壞，因而在設(shè)備運行和使用的過程中，是否能夠做到對腐蝕和破壞力進行控制、是否能對設(shè)備進行定期的檢查、其檢查和檢修資金是否充分等等都是影響微生物電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問題所在。目前多數(shù)污水處理廠雖具備正確應(yīng)用該技術(shù)的能力，但通常無法保證技術(shù)使用的實效性，設(shè)備使用壽命與使用穩(wěn)定性仍然是影響其正常運行的關(guān)鍵問題。其發(fā)展前景雖十分廣闊，但為進一步的降低資金支出，減少虧空，該技術(shù)在實際應(yīng)用之前還是需要做好一系列的長期應(yīng)用計劃，不能完全擺脫傳統(tǒng)污水處理設(shè)備的加持。

4.2 微生物電化學(xué)污水處理設(shè)備的成本高

微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)是典型的高門檻，高效率的技術(shù)類型，在運用微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)過程中，其處理污水的主要優(yōu)勢為所產(chǎn)出的污泥較少，在進行工作時能量可自給自足。但是在進行前期使用的過程中其建設(shè)成本和資金投入十分的高昂，盡管在后續(xù)的工作中污水處理能力很強，且對于能源的消耗較少，但是前期投入問題也在一定程度上限制了微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用價值，為將污水處理設(shè)備成本高的問題有效解決，有關(guān)學(xué)者針對這一問題表明應(yīng)不斷降低填充密度，以此減少構(gòu)件成本，但在運用微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的過程中，此種做法也具備一定的不可行性，如果減少填充密度，會使實際工作開展中技術(shù)性能大打折扣，情況嚴(yán)重時直接導(dǎo)致污水處理工作無效。

目前伴隨著該技術(shù)研究的不斷深入，針對其成本問題已經(jīng)有部分研究人員發(fā)現(xiàn)了可替代的價格較低的材料，在不改變電極結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以降低污水處理設(shè)備的建設(shè)成本，并保證污水處理工作的效率。但是該材料的實際使用效果沒有足夠的實踐數(shù)據(jù)支撐，對于設(shè)備的使用壽命和使用穩(wěn)定性還尚待研究。因此在后續(xù)微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)發(fā)展和研究的過程中，還應(yīng)該要充分的考慮到污水處理電極結(jié)構(gòu)材料在實際的應(yīng)用過程中是否會因為腐蝕而其他原因而遭受破壞，其使用壽命是否可進一步延長。除此之外，電化學(xué)技術(shù)的使用成本和運行穩(wěn)定性之間的關(guān)系還需要進一步的實踐理論進行支撐。除去該技術(shù)的構(gòu)筑成本高昂之外，其容錯率較低，因此對其運行的穩(wěn)定性需求更高。因為電極材料在污水環(huán)境下會得到不同程度的破壞，因而在設(shè)備運行和使用的過程中，是否能夠做到對腐蝕和破壞力進行控制、是否能對設(shè)備進行定期的檢查、其檢查和檢修資金是否充分等等都是影響微生物電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問題所在。

目前多數(shù)污水處理廠雖具備正確應(yīng)用該技術(shù)的能力，但通常無法保證技術(shù)使用的實效性，設(shè)備使用壽命與使用穩(wěn)定性仍然是影響其正常運行的關(guān)鍵問題。其發(fā)展前景雖十分廣闊，但為進一步的降低資金支出，減少虧空，該技術(shù)在實際應(yīng)用之前還是需要做好一系列的長期應(yīng)用計劃，不能完全擺脫傳統(tǒng)污水處理設(shè)備的加持。

4.3 對水質(zhì)生物條件要求苛刻及耦合技術(shù)的運用

微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)因為受到電流密度的影響，所以在實際應(yīng)用的過程中，如果遇到超出該技術(shù)處理能力范圍內(nèi)的有機物，那么會降低反應(yīng)器對有機物氧化處理的能力，會進一步的降低技術(shù)的整體使用效率。因此在保證效率的前提下進行技術(shù)的應(yīng)用，必須要對水質(zhì)和生物條件進行選擇，污水中的細(xì)菌濃度不夠，會進一步的影響轉(zhuǎn)化電流，因此供電化學(xué)技術(shù)的總電能就會出現(xiàn)降低，最終呈現(xiàn)的技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)也會相應(yīng)減退。因此在實際使用的過程中，要重視微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的對應(yīng)性，只有對應(yīng)性得到滿足，其技術(shù)的使用效率才能得到基本穩(wěn)定。而通過有效運用耦合技術(shù)，可將微生物電化學(xué)技術(shù)由于菌類代謝存在的一系列問題得以有效解決，該項技術(shù)的運用，還可促使污水的排放量能夠與對應(yīng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范符合，并在污水的處理領(lǐng)域中得到充分的使用，特別是在處理垃圾滲濾液濃水時。當(dāng)然，無法降解濃度較高的污水，因其污水中包含眾多雜質(zhì)及有機物質(zhì)，導(dǎo)致水質(zhì)帶有極大的腐蝕能力，所以此種情況下，是不能對微生物電化學(xué)技術(shù)實施利用的。

5、結(jié)語

伴隨著我國對環(huán)境污染問題的重視，污水處理技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)提上日程，未來微生物電化學(xué)污水處理技術(shù)的前景必然十分的廣泛，雖然目前發(fā)展過程中仍然遇到了一些挑戰(zhàn)，但是伴隨著技術(shù)研究的深入，未來該技術(shù)的使用效率必然會顯著提升。（來源：天津市華博水務(wù)有限公司）