使用微生物燃料电池处理废水

在最近发表的《开放式杂志》上发表的论文中能量研究人员审查了全球工业废水生产，并研究了使用微生物燃料电池（MFC）将废水作为一种独立技术的处理，从而实现了大量的全球能源节省。

学习：废水作为可再生能源 - 微生物燃料电池技术的利用。图片来源：remotevfx.com/shutterstock.com

背景

尽管全球能源消耗稳定增加，但世界上产生的所有能源中近84％仍然来自化石燃料，化石燃料是二氧化碳（CO2）的原始能源。目前，废水需要使用能量密集型方法处理。废水包含大量的热能和化学能，目前在传统的废水处理方法中被低估。

废水中包含的化学能通常称为化学氧需求（COD），代表废水有机物氧化所需的氧气量。厌氧消化（AD）是从废水（AD）中去除有机污染物的一种非常有效的方法。即使公认的水纯化方法，例如膜过滤，吸附和蒸馏，已商业化并广泛使用，它们的高能量消耗也使它们无法维持。

MFC技术允许以废水的电流形式发电。因此，此过程可以是AD的更环保的替代品。与需要在30°C的温度下的AD不同，MFC在广泛的COD载荷和温度范围内的功能。此外，AD可以在数月内实现稳定的功率输出，而MFC仅需几天。但是，由于MFC技术无法提供足够的功率密度，因此存在实验室规模的限制，这成为商业化的障碍。

（（一种）2019年全球能源生产和（（b）2019年可再生能源的全球能源生产。图片来源：Toczyłowska-Mamińska，R等人，Energies

市政和工业废水生产

正如联合国教育，科学和文化组织的报道（2017年），预计年度水的总开水为3,928公里³，其中24％来自工业和市政废水。通常使用活性污泥（AS）处理市政废水，该污泥采用微生物在有氧条件下分解有机物。在全球范围内，据估计，市政废水的处理总共有300 TWH。

工业废水由许多行业在生产和相关运营的各个阶段产生的废水组成。2019年，大约630 x 10⁹m³生产工业废水，占全球总水量的16％。同样，就像工业废物的首选治疗方法一样。但是，由于达到不足的效率，尤其是对于具有相当大的COD负载的废水，因此经常需要更复杂的治疗程序。当处理极度污染的废水时，最有效的电化学处理最多可以使用153 kWh/m³。

此外，在能源生产业务中还将水用于发电厂中燃料，加工，冷却，运输和纯化的提取。预计1桶将产生10桶废水。在工业制造业中，宝洁业务最多生产123 x 10⁹m³每年被污染的废水。其次是纺织业，该行业利用每吨产品最多的水，其中90％浪费了。每吨生产的钢都伴随着26.5 m的废水产生³。欧洲食品行业产生的废水为3.7 10⁹m³。化学工业中的用水量可能接近50-100升成品1千克的废水。

行业的全球用水。图片来源：Toczyłowska-Mamińska，R等人，能量

MFC废水处理

由于产生的功率很低，因此数量为几个w/m³，MFC目前被视为一种治疗方法，而不是发电系统。然而，最近的研究表明，多年来，MFC的发电效率有了显着提高，接近1 kW/m³在升级反应堆中。

此外，通常认识到MFC必须具有1 kW/m的功率密度³为了被认为是自给自足的。但是，目前的功率密度可能足够胜任能够实现能量自给自足，因为MFC仅比处理废水时的COD少一个数量级。关于实际和合成废水的几项研究表明，与AD过程不同，MFC技术可能是自给自足的，因为在处理过程中产生的能量可以满足系统操作的完整能量需求。

全球的 （一种）工业废水生产和（b）制造业废水。估计基于各个工业领域的用水和生产量的统计数据。图片来源：Toczyłowska-Mamińska，R等人，能量

结论

总而言之，研究人员评估了全球产生的废水作为可再生和有价值的能源的潜力。MFC技术表现出从几种废水类型中恢复能量的潜力。此外，还强调了基于MFC的废水处理的主要优势。

考虑因素表明，全球能源的产生可能总计。900 TWH使用MFC，但仅在1 kWh/m的效率时才³达到废水。根据作者的说法，这项研究证明了MFC在废水利用中的潜力作为一种新型可再生能源。加强研究以进一步开发MFC技术也是至关重要的，该技术可能为能源的未来提供绿色的途径。

资源

Toczyłowska-Mamińska，r。;Mamiński，M.V.废水作为可再生能源 - 微生物燃料电池技术的利用。能量2022、15、6928。https://doi.org/10.3390/en15196928。

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