從電化學(xué)和微生物學(xué)角度分析微生物燃料電池處理硫污染物的機(jī)理

摘 要：微生物燃料電池（MicrobialfuelcellsMCs）是一種有前景的去除廢水中硫污染物的技術(shù)本文在生物膜電極反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上討論電極反應(yīng)和微生物在MCs處理硫污染物過程中的作用論證了其處理機(jī)制和影響因素總結(jié)了反應(yīng)器構(gòu)型、分離器類型、電極材料和催化劑以及硫的回收和電極再生此外通過核算對比MCs和典型的厭氧生物技術(shù)處理含硫廢水的成本和收益對MCs去除廢水中硫污染物的可行性進(jìn)行了評估

關(guān)鍵詞： 硫污染物；電極反應(yīng)；廢水處理；微生物燃料電池；能源；評述

1 引 言

硫是地球上所有生命的基本元素硫循環(huán)對環(huán)境有著重要作用硫物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的途徑如圖1所示硫的化合價(jià)范圍是從

ymbolm@@ 到+6這一特殊的價(jià)態(tài)致使地球上的硫物質(zhì)處于動(dòng)態(tài)的循環(huán)過程大量含硫污水排放到地表徑流最終流入大海硫污染物融入硫循環(huán)的各個(gè)方面對自然生態(tài)系統(tǒng)和生物健康帶來負(fù)面影響高濃度的硫物質(zhì)會(huì)危害環(huán)境中的生物這些硫污染物通常出現(xiàn)在采礦、畜牧業(yè)、食品加工、紙漿和皮革、染料和洗滌等行業(yè)中大部分可溶性的硫物質(zhì)隨著地表徑流進(jìn)入海洋硫污染物對自然生態(tài)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響：其氧化產(chǎn)物揮發(fā)到大氣中產(chǎn)生酸雨會(huì)給生物體帶來嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)且會(huì)腐蝕材料基于這些負(fù)面的影響人們花費(fèi)了大量的人力和財(cái)力來處理這些污染物目前處理含硫廢水的技術(shù)主要包括汽提3、氧化和生物化學(xué)方法盡管這些技術(shù)可以有效去除硫污染物但是它們都有高能耗高運(yùn)行成本的缺陷學(xué)者不斷尋求高效、低耗和少排放的新技術(shù)處理含硫廢水

微生物燃料電池（MicrobialfuelcellsMCs）利用微生物降解廢水中的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)并產(chǎn)生電能1991年abermann等提出用MC處理硫酸鹽的一種可能機(jī)理隨后一些學(xué)者為這一領(lǐng)域的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)然而硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程很復(fù)雜在涉及到包含諸多電化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)的機(jī)理方面還存在一些爭議盡管abermann等提出了用MCs處理硫酸鹽但其假設(shè)的機(jī)理并沒有后續(xù)學(xué)者的試驗(yàn)支持且他們報(bào)道的電流密度超過了0mA/cm這一數(shù)值甚至于高于目前學(xué)者報(bào)道的數(shù)據(jù)影響因素和機(jī)理方面知識的欠缺導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用方面缺乏有效的理論指導(dǎo)0世紀(jì)80～90年代汪爾康研究組在生物膜電化學(xué)方面做了很多基礎(chǔ)性的研究用多種電分析化學(xué)技術(shù)研究了仿生膜的離子傳輸作用和電子轉(zhuǎn)移過程這些理論方法對于研究硫污染物的處理具有重要的指導(dǎo)作用

為了正確認(rèn)識MCs處理含硫廢水過程中的瓶頸及提高處理性能本文闡述了MCs處理硫污染物過程中電化學(xué)和微生物的作用總結(jié)了所涉及到的構(gòu)型和材料并對實(shí)際應(yīng)用中的成本進(jìn)行了評估

電極反應(yīng)機(jī)制及過程

1 電化學(xué)反應(yīng)過程