生物電化學(xué)系統(tǒng)處理4-氯酚廢水的實驗研究.pdf

1、氯酚作為重要的有機中間體，用于合成殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及木材防腐劑等，被廣泛地用于工業(yè)與農(nóng)業(yè)中。然而由于氯酚自身的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)和C-C1鍵，氯酚在環(huán)境中表現(xiàn)出難生物降解性和持久性，對自然水體產(chǎn)生嚴重污染。因此很多國家將其列為優(yōu)先控制污染物，并對其排放標準作了嚴格的規(guī)定。與此同時，氯酚廢水的處理技術(shù)也受到越來越廣泛的關(guān)注。一般來說，好氧生物處理技術(shù)能夠高效去除廢水中大部分的有機污染物。但是由于4-氯酚對于微生物的毒性，因此單獨利用好氧生

2、物技術(shù)難以使得硝基苯廢水達標排放，特別是當廢水中4-氯酚濃度較高時，很多微生物將由于中毒而死亡，使得整個處理工藝崩潰。因此目前對于4-氯酚廢水的處理方法有鐵碳內(nèi)電解法，電化學(xué)直接還原，以及厭氧生物降解。然而這些工藝都呈現(xiàn)出了共同的問題，即高效率與低成本難以調(diào)和。針對這一難題，探索將生物電化學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用與4-氯酚廢水處理的可行性。生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)是指利用電化學(xué)活性菌催化陰極或陽極反應(yīng)的電化學(xué)系統(tǒng)，主要以微生物燃料電池(MFCs)和

3、微生物電解池(MECs)兩種方式運行。該方法綜合了生物法，電解電離以及電化學(xué)氧化/還原的優(yōu)點，被認為是一種新的可持續(xù)性及高效的廢水處理技術(shù)。
　　 本文利用BESs成功的實現(xiàn)了低能耗情況下廢水中4-氯酚的高效降解，并且不產(chǎn)生二次污染問題。首先構(gòu)建空氣陰極單室型BESs系統(tǒng)，在空氣陰極單室型微生物燃料電池中，以醋酸鈉及不同濃度的4-氯酚為混合基質(zhì)，其最大輸出功率及4-氯酚的去除率隨著氯酚濃度的增加而降低；以100 mg/L4-氯酚

4、為單一基質(zhì)時，24 h內(nèi)4-氯酚的去除率可以達到68.3％，比開路條件下提高了10-20%，同時可以輸出0.023 kWh/mol的電能；然而向系統(tǒng)提供0.052 kWh/mol的能量后，4-氯酚的去除率可以達到99.8%，比MFC提高了將近30%，并且停留時間減少了一倍，而所消耗的能量比電化學(xué)工藝降低了10倍。利用BESs系統(tǒng)中陽極微生物氧化葡萄糖為非生物陰極還原降解4-氯酚提供所需的電子。實驗表明4-氯酚可以作為陰極電子受體構(gòu)成MF

5、Cs輸出電能，并實現(xiàn)自身的降解。在陰極液pH為3.0，氯酚初始濃度為100 mg/L時，最大可以輸出0.1838 W/m3功率同時可以去除50.3%的4-氯酚。外加一定電壓后，脫氯效果得到明顯提高，外加0.7 V電壓(0.549 kWh/mol)時，還原效率提高為92.5%。而且苯酚是陰極還原的主要產(chǎn)物，與普通的電化學(xué)還原法類似。構(gòu)建以鐵氰化鉀為陰極電子受體的雙室MFCs系統(tǒng)，利用其陽極降解氯酚廢水。與以醋酸鈉單獨運行的MFCs相比，4