全康環(huán)保:2017年我國(guó)工業(yè)廢水排放量約為690億t，其中難降解廢水超過(guò)100億t，主要包括焦化、印染、農(nóng)藥、石油、化工等工業(yè)廢水，其特點(diǎn)是成分復(fù)雜，COD、色度、鹽分和毒性難降解物質(zhì)含量高。

采用傳統(tǒng)的生物法處理難降解工業(yè)廢水難以使其達(dá)標(biāo)排放，而采用物化處理工藝則存在費(fèi)用高的問(wèn)題，因此，對(duì)該類廢水的處理成為污水處理業(yè)公認(rèn)的難題。

生物電化學(xué)系統(tǒng)（bioelectrochemical system，BES）是新興的污水處理及資源回收技術(shù)，已證實(shí)其對(duì)印染、化工、醫(yī)藥、食品加工等工業(yè)廢水具有很好的處理效果，同時(shí)能以氫氣、沼氣、電能或者中水的形式高效回收資源，是一種結(jié)合生物技術(shù)和電化學(xué)還原/氧化技術(shù)優(yōu)勢(shì)的耦合系統(tǒng)。該系統(tǒng)陽(yáng)極和陰極中至少有一個(gè)電極會(huì)發(fā)生微生物催化的氧化/還原反應(yīng)，在電極上發(fā)生有微生物或者微生物代謝產(chǎn)物參與的電子傳遞過(guò)程。近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)生物電化學(xué)工藝在強(qiáng)化難降解廢水處理中的應(yīng)用開展了大量研究，并在影響因素、處理對(duì)象多元化等方面獲得重要進(jìn)展。

筆者在已有研究基礎(chǔ)上，對(duì)BES強(qiáng)化處理難降解廢水的效能進(jìn)行了綜述和總結(jié)，分析了電極、外加電壓、鹽度、電化學(xué)活性細(xì)菌（electrochemically active bacteria，EAB）等因素對(duì)處理效果的影響，討論了其在偶氮染料廢水、硝基芳烴廢水、氯酚廢水等典型難降解工業(yè)廢水強(qiáng)化處理中的應(yīng)用效果，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望，以期為BES的大規(guī)模應(yīng)用提供參考。

1 生物電化學(xué)系統(tǒng)概述及原理

BES是利用微生物的胞外電子轉(zhuǎn)移從底物中獲取能量，將生物能轉(zhuǎn)化為電能，從而達(dá)到直接利用電能及降解污染物的目的。

該系統(tǒng)結(jié)合了生物技術(shù)和電化學(xué)還原/氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在陽(yáng)極產(chǎn)電，同時(shí)在陰極降解污染物和合成甲烷、氫氣等物質(zhì)。其本質(zhì)為EAB通過(guò)特定的細(xì)胞膜蛋白、細(xì)胞結(jié)構(gòu)或可溶解性的氧化還原電子介質(zhì)實(shí)現(xiàn)微生物與固態(tài)電極間的電子傳遞過(guò)程。BES主要由4部分組成，即電極、微生物、基質(zhì)和外電路。

如圖 1所示，BES基本構(gòu)型及原理為附著在陽(yáng)極上的微生物與溶液中基質(zhì)（有機(jī)物）相互反應(yīng)產(chǎn)生電子及氧化產(chǎn)物等，產(chǎn)生的電子經(jīng)外電路傳遞到陰極，與陰極上的電子受體相結(jié)合，生成還原產(chǎn)物。

在此過(guò)程中，BES中基質(zhì)被持續(xù)降解，從而在外電路上形成電流，完成生物能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)以難降解污染物為電子受體的陰極還原。

BES主要包括微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）和微生物電解池（microbial electrolysis cell，MEC），以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的微生物脫鹽池（microbial desalination cell，MDC）等。

MFC的基本原理是在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生電子，產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路傳遞到陰極，陰極上的電子受體接受電子被還原，從而利用陰陽(yáng)兩極之間形成的電勢(shì)差作為輸出電壓，使得微生物的生物能轉(zhuǎn)化為電能。

MEC與MFC略有不同，MEC陰極的電子受體多為還原電位較低的底物，如難降解污染物等，需通過(guò)給予外加電壓，促使陰極電勢(shì)降低到難降解污染物能夠發(fā)生還原反應(yīng)的電位。

MEC的基本原理是微生物降解底物所產(chǎn)生的電子經(jīng)細(xì)胞膜傳遞至陽(yáng)極，然后在外電路上的電源所提供的電勢(shì)差作用下到達(dá)陰極，與陰極上的電子受體相結(jié)合生成氫氣、甲烷等還原產(chǎn)物。

而MDC的構(gòu)造是在MFC的陰極室和陽(yáng)極室之間加入陰陽(yáng)離子交換膜，從而產(chǎn)生脫鹽室。其原理是附著在陽(yáng)極上的微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生電子，其經(jīng)外電路傳遞至陰極，在陰陽(yáng)極室間形成電場(chǎng)，脫鹽室內(nèi)的鈉離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜遷入陰極室，而氯離子經(jīng)陰離子交換膜遷入陽(yáng)極室，以達(dá)到脫鹽的效果。

2 生物電化學(xué)系統(tǒng)處理效能影響因素

2.1 電極

對(duì)于BES，電極的選取是核心。應(yīng)選取具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、生物相容性以及比表面積大的電極。

目前，常采用碳材料作為電極，常用的有碳紙、碳布、碳?xì)?、碳纖維刷等。華琮歆采用石墨顆粒及石墨氈作為BES電極處理廢水中的硝基酚類污染物（4-硝基酚、2，4-二硝基酚、2，4，6-三硝基酚），發(fā)現(xiàn)石墨顆粒作為電極的效能優(yōu)于石墨氈；同時(shí)研究表明，硝基酚的還原效果受電極材料的比表面積、內(nèi)阻等因素影響，比表面積越大，內(nèi)阻越小，相應(yīng)的硝基酚還原效果越好。

碳基電極存在導(dǎo)電性差等問(wèn)題，由此引入納米粒子以改善其表面性能。M. H. Omar等在碳布表面沉積Fe/Fe2O3納米粒子制成一種新型MFC電極，并用于處理實(shí)際工業(yè)廢水。

研究表明，相比于碳布電極，這種新型電極的表面潤(rùn)濕性和微生物在電極表面的黏附性均有所提高，產(chǎn)電功率提高了385%，COD去除率由60%左右提高至88.5%。相較于碳基電極，不銹鋼電極具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，同樣可作為BES電極。Hongcheng Wang等采用一種折疊不銹鋼網(wǎng)作為MEC陰陽(yáng)極降解偶氮染料廢水中的酸性橙7（AO7），結(jié)果表明，當(dāng)電極間距為2 mm，外加電壓為0.5 V時(shí)，AO7的脫色率達(dá)到（90.9 ± 0.4）%。

然而，不銹鋼電極存在生物相容性低等缺點(diǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行改性優(yōu)化十分必要。方斌研究了MFC中不銹鋼電極的表面修飾效果及其耐腐蝕性，其采用納米炭吸附和低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)對(duì)不銹鋼進(jìn)行修飾。

結(jié)果表明，不銹鋼電極經(jīng)納米炭吸附和400 ℃的低溫?zé)崽幚砗?，最大電流密度?.002 mA/cm2提高至1.91 mA/cm2；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)電極在經(jīng)過(guò)300 ℃熱處理后，自腐蝕電位最大，耐腐蝕性能最好。

莊匯川則采用一種活性炭、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣膜（activated carbon, stainless steel mesh and waterproof breathable membrane，AC-WBM）的復(fù)合材料作為MFC的陰極，并與傳統(tǒng)鉑碳布陰極（platinum and carbon cloth，Pt-CC）進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)AC-WBM陰極的最大電流密度為6.5 A/m2，Pt-CC陰極的最大電流密度為7.35 A/?O。

2種電極材料的最大電流密度差距不大，而AC-WBM陰極由于價(jià)格低廉而更具經(jīng)濟(jì)性。在廢水處理中，微生物會(huì)附著生長(zhǎng)在電極上，從而存在電極堵塞問(wèn)題。

因此，在長(zhǎng)期運(yùn)行中需保持電極的高孔隙度，而在此方面?zhèn)鹘y(tǒng)碳材料更具優(yōu)勢(shì)；但從經(jīng)濟(jì)因素方面考慮，不銹鋼材料不容忽視。此外，應(yīng)加強(qiáng)改性不銹鋼材料作為電極處理難降解廢水的研究。

2.2 外加電壓

在MEC中，陰極表面還原反應(yīng)的電勢(shì)低于陽(yáng)極表面氧化反應(yīng)的電勢(shì)，電池反應(yīng)的電勢(shì)差＜0，相對(duì)應(yīng)的吉布斯自由能＞0，導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，需要外電路提供電勢(shì)差保證反應(yīng)的發(fā)生。

此外，某些熱力學(xué)上能發(fā)生的反應(yīng)，在開路或外接負(fù)載時(shí)，電極表面反應(yīng)速率極慢，同樣需要外電源施加一定過(guò)電勢(shì)來(lái)維持氧化還原反應(yīng)的正常進(jìn)行。

因此，外加電壓是MEC效能的重要影響因素。外加電壓的高低可以影響微生物的活性、電極表面的氧化還原反應(yīng)程度及電子傳遞速率。

宋振輝等采用升流式生物電化學(xué)反應(yīng)器（UBER）處理硝基苯廢水，其以石墨顆粒作為陰陽(yáng)兩極。研究表明，當(dāng)外加電壓控制在0.3~0.5 V時(shí)，硝基苯去除率均超過(guò)93%；而當(dāng)外加電壓為0.2 V時(shí)，硝基苯去除率僅為36%，表明此時(shí)陽(yáng)極的產(chǎn)電微生物沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)力將電子轉(zhuǎn)移到陰極降解硝基苯，導(dǎo)致去除率低下。

熊偉等建了多組上流式BES處理二氯硝基苯（2-CNB）廢水，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增大外加電壓，2-CNB降解速率增大；當(dāng)外加電壓超過(guò)某一范圍時(shí)，由于副反應(yīng)加劇，影響了陰極的還原反應(yīng)，2-CNB降解速率下降。中性條件下，當(dāng)停留時(shí)間為30 h，初始污染物質(zhì)量濃度為20 mg/L，外加電壓為1.4 V時(shí)，2-CNB去除率可達(dá)99.61%。外加電壓對(duì)微生物的刺激作用同樣不容忽視。

Aqiang Ding等以乳酸脫氫酶（LDH）和三磷酸腺苷（ATP）評(píng)價(jià)MEC中外加電壓對(duì)微生物活性的影響，結(jié)果表明，當(dāng)外加電壓處于0~0.8 V時(shí)，LDH和ATP含量與對(duì)照組（無(wú)外加電壓）相比幾乎不變；而當(dāng)外加電壓提升至1 V和2 V時(shí)，LDH含量為對(duì)照組的1.14倍和1.10倍，ATP含量?jī)H為對(duì)照組的27%和55%。研究表明，外加電壓越高，細(xì)胞破裂越大，代謝活性越低。

綜上所述，根據(jù)不同污染物的還原電位施加合適的電壓，可保證氧化還原反應(yīng)有效進(jìn)行，并使微生物活性處于較高水平，從而實(shí)現(xiàn)污染物的定向還原。

2.3 鹽度

難降解廢水通常具有較高的鹽度，含鹽量一般以氯化鈉計(jì)。無(wú)機(jī)鹽在水溶液中呈離子狀態(tài)存在，陰陽(yáng)離子通過(guò)外加電場(chǎng)的作用，可以定向移動(dòng)形成電流，使得高鹽廢水具有很好的導(dǎo)電性能。

因此，高鹽廢水一定程度上會(huì)增加電化學(xué)系統(tǒng)電流傳遞，強(qiáng)化電化學(xué)處理效能。但過(guò)高鹽分會(huì)直接造成厭氧微生物的細(xì)胞脫水，引起原生質(zhì)的分離，降低厭氧微生物活性甚至導(dǎo)致其死亡。

Huajun Feng等研究了BES對(duì)廢水中氟硝基苯（p-FNB）的還原效能及微生物的耐鹽性。結(jié)果表明，在40 g/L的NaCl脅迫下，p-FNB的還原率相較于無(wú)鹽度時(shí)下降40%；同時(shí)發(fā)現(xiàn)低鹽度可以加快還原速率，當(dāng)鹽度為15 g/L時(shí)，還原速率可達(dá)到最佳的0.125 h-1。

Ning Guo等采用BES處理廢水中的氯霉素，結(jié)果表明，在低鹽度（0~2%）下，氯霉素去除率能維持在80%以上；當(dāng)鹽度上升至6%時(shí)，其去除率下降至49.5%，這是由于高鹽度下微生物豐度較低，抑制了對(duì)氯霉素的去除。

Xinbai Jiang等采用BES與升流式厭氧污泥床（UASB）耦合處理2，4-二硝基氯苯（2，4-DNCB）廢水，結(jié)果表明，當(dāng)廢水鹽度處于0~3.0%時(shí)，2，4-DNCB的去除率基本穩(wěn)定在100%。因此，在保證微生物活性的前提下，調(diào)控合適的鹽度范圍，可以加速微生物與電極間的電子傳遞速率，促進(jìn)BES對(duì)難降解污染物的處理效能。

2.4 電化學(xué)活性細(xì)菌

EAB是一類在代謝過(guò)程中可以由外源導(dǎo)電性介質(zhì)作為電子供體或電子受體的具有電化學(xué)活性特征的細(xì)菌。EAB可作為生物催化劑，在BES中其可催化發(fā)生于電極表面的氧化還原反應(yīng)，其活性直接影響著電子傳遞速率。

EAB分為純種菌和混合菌2種。純種菌中最典型的主要有希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）和硫化土桿菌（Geobacter sulfrreducens）。這2種細(xì)菌的電化學(xué)活性及電子輸出能力較強(qiáng)，但需要嚴(yán)苛的生活環(huán)境，從而較難獲取?；旌暇鄬?duì)于純種菌而言，獲取更容易，對(duì)底物的選擇更廣泛?；旌暇臃N最為常見的途徑是取用生活污水或污水處理廠活性污泥，或者運(yùn)行一段時(shí)間后的BES反應(yīng)器菌液。

在BES中，混合菌的活性同樣受到碳源、電子供體、菌落結(jié)構(gòu)等的影響。劉鼎在研究MFC對(duì)活性藍(lán)13的降解性能中發(fā)現(xiàn)，乳酸鈉可為EAB中的Shewanella oneidensis MR-1提供豐富的碳源。當(dāng)進(jìn)水乳酸鈉濃度從5 mmol/L升至40 mmol/L時(shí)，活性藍(lán)13的去除率由不足40%上升至（75.9 ± 2.6）%。高濃度的乳酸鈉可增強(qiáng)Shewanella oneidensis MR-1的電化學(xué)活性及產(chǎn)電能力，從而促進(jìn)污染物的去除。

但是，高濃度的乳酸鈉同樣會(huì)導(dǎo)致Shewanella oneidensis MR-1對(duì)乳酸鈉的利用率下降。當(dāng)進(jìn)水乳酸鈉濃度為40 mmol/L時(shí)，Shewanella oneidensis MR-1對(duì)乳酸鈉的利用率僅為（30.1±1.4）%。因此，在確保碳源利用率的基礎(chǔ)上，調(diào)控適宜的碳源濃度，可最大限度地去除污染物。

崔敏華在研究采用MEC以不同底物降解偶氮染料中的AO7的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，以生活污水為電子供體時(shí)微生物群落的Shannon指數(shù)、Chao指數(shù)和Ace指數(shù)明顯高于以乙酸鈉，葡萄糖為底物，說(shuō)明采用復(fù)雜電子供體生活污水馴化的反應(yīng)器中具有較高的生物多樣性，且群落結(jié)構(gòu)以Desulfovibrio為主導(dǎo)，其為一種具有雙向電子傳遞功能的菌屬。降解性能顯示，以生活污水為電子供體，當(dāng)染料負(fù)荷為800 g/（m3?d）時(shí)，AO7脫色率高于99%，且最高脫色速率達(dá)到（795.05 ±60.78）g/（m3?d）。在BES中給予EAB合適的生長(zhǎng)環(huán)境，使其富集程度和活性達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，可使BES的運(yùn)行效能達(dá)到最佳。

3 生物電化學(xué)系統(tǒng)廢水處理應(yīng)用

3.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)難降解廢水處理的應(yīng)用

3.1.1 偶氮染料廢水

偶氮染料占染料總用量的60%，實(shí)現(xiàn)偶氮染料中偶氮鍵的斷裂是將其脫色脫毒及降解的關(guān)鍵。

Yang Mu等較早研究了BES對(duì)偶氮染料AO7的脫色機(jī)理，并探討了AO7進(jìn)水濃度對(duì)其處理效能的影響。結(jié)果表明，不同進(jìn)水濃度下，AO7的還原產(chǎn)物磺胺酸（SA）的庫(kù)倫效率均大于80%，表明陰極中大部分電子用于還原AO7的偶氮鍵，從而使偶氮染料脫色。姚楠構(gòu)建了非均相生物電Fenton系統(tǒng)、雙室MEC、單室MEC 3種BES，考察了其對(duì)偶氮染料甲基橙（MO）降解脫色的效能。

研究發(fā)現(xiàn)，在雙室MEC中，當(dāng)外加電壓為0.7 V時(shí)，10 h內(nèi)MO脫色率達(dá)到92.2%，能耗僅為0.879 kW?h/molMO。同樣運(yùn)行條件下，非均相生物電Fenton系統(tǒng)10 h內(nèi)的MO脫色率為96.5%。相較于前兩者，單室MEC進(jìn)一步提高了對(duì)MO的降解效能，當(dāng)外加電壓為0.2 V時(shí)，相同負(fù)荷下的MO在10 h內(nèi)的脫色率達(dá)到了96.6%。

可見，3種BES對(duì)甲基橙的脫色效果為單室MEC > 非均相生物電Fenton系統(tǒng) > 雙室MEC。相對(duì)于系統(tǒng)構(gòu)型，電極材料的影響也不容忽視。Y. Yuan等開發(fā)了一種多孔二氧化鈦電極，將其用于BES中還原廢水中的偶氮染料酸性紅B。結(jié)果表明，當(dāng)酸性紅B進(jìn)水質(zhì)量濃度為100 mg/L時(shí)，還原脫色速率達(dá)到0.339 h-1，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

同時(shí)研究表明，該電極的耐腐蝕性及穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)碳布電極，采用該電極處理偶氮染料廢水時(shí)不需對(duì)電極進(jìn)行頻繁更換，更具經(jīng)濟(jì)性。Fanying Kong等開發(fā)了一種套筒式堆疊BES，并考察了其對(duì)偶氮染料AO7的降解效能。

結(jié)果表明，3個(gè)模塊BES對(duì)AO7的脫色率[（80.3±3.1）%]分別比2個(gè)模塊[（65.6±4.5）%]和1個(gè)模塊[（47.1±3.9）%]高15%和33%，且在產(chǎn)生電流0.035 A下的能耗僅為1.05 kW?h/kgAO7。采用BES處理偶氮染料廢水，電極材料的選擇和反應(yīng)器的構(gòu)造等因素均對(duì)其脫色降解的效能具有顯著影響。

3.1.2 硝基芳烴類廢水

硝基芳烴化合物是炸藥、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的重要原材料及中間產(chǎn)物。由于其產(chǎn)量巨大，且具有難降解性和毒性等特性，已經(jīng)成為污染物處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。對(duì)于采用BES降解硝基芳烴化合物的研究已有大量報(bào)道。

Aijie Wang等對(duì)采用升流式無(wú)隔膜單室BES處理硝基苯廢水進(jìn)行了研究，其以碳刷和石墨顆粒分別作為陽(yáng)極和陰極材料。結(jié)果表明，當(dāng)外加電壓為0.5 V，以乙酸鈉作為電子供體，陽(yáng)極電位維持在-480 mV以下，進(jìn)水硝基苯質(zhì)量濃度為50~200 mg/L時(shí)，硝基苯去除率均達(dá)到98%以上，且所需能耗低于0.075 kW?h/mol硝基苯。

Wanqian Guo等對(duì)比研究了BES和厭氧生物法對(duì)廢水中4-氯硝基苯的去除效能，結(jié)果表明，2種方法對(duì)4-氯硝基苯的去除率分別為93.7%和88.4%，BES相對(duì)于厭氧生物法表現(xiàn)出更佳的去除效能。溫青等采用以碳紙為陽(yáng)極的MFC降解廢水中的對(duì)硝基苯酚，其以葡萄糖作為碳源。結(jié)果表明，當(dāng)對(duì)硝基苯酚初始質(zhì)量濃度為400 mg/L時(shí)，4 d內(nèi)的對(duì)硝基苯酚去除率為74.1%；而6 d內(nèi)的對(duì)硝基苯酚去除率高達(dá)82.1%，同時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出功率密度達(dá)到56.5 mW/m3。

為了進(jìn)一步研究BES對(duì)硝基芳烴化合物的降解機(jī)理，Yingfeng Xu等提出了一種間接電刺激微生物代謝機(jī)制，并設(shè)置了電化學(xué)系統(tǒng)、開路狀態(tài)下的生物系統(tǒng)以及MEC 3組系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)其對(duì)氟硝基苯的降解效能。結(jié)果表明，在同一運(yùn)行條件下，在僅僅10 h內(nèi)，BES中的氟硝基苯去除率達(dá)到100%，而達(dá)到此去除率，電化學(xué)系統(tǒng)和開路狀態(tài)下的生物系統(tǒng)則分別花費(fèi)了500 h和35 h。這表明對(duì)氟硝基苯的去除，是在電刺激下通過(guò)電極生物膜和浮游微生物的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于硝基具有很強(qiáng)的電子親和力，導(dǎo)致硝基芳烴化合物難以降解，而通過(guò)BES中的還原反應(yīng)可將其還原為苯胺。此外，由于此類污染物具有較強(qiáng)毒性，對(duì)于BES反應(yīng)器的構(gòu)型設(shè)計(jì)仍值得商討。

3.1.3 氯酚類廢水

氯酚類化合物同樣屬于難降解污染物，其廣泛應(yīng)用于除草劑、殺蟲劑、防腐劑和造紙生產(chǎn)中。大量研究表明，將氯酚類化合物中的氯原子從苯環(huán)上脫除是其降解的關(guān)鍵點(diǎn)。曹占平等研究了電化學(xué)催化系統(tǒng)、厭氧微生物系統(tǒng)和厭氧BES對(duì)廢水中五氯酚（PCP）的降解效率，結(jié)果表明，生物電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)PCP的降解效率相較于電化學(xué)催化系統(tǒng)提高85.2%，相較于微生物體系提高18.5%。

由于厭氧BES中電流密度大于電化學(xué)催化系統(tǒng)，從而降低了氧化還原電位，并通過(guò)微生物的協(xié)同作用，在高效去除污染物的同時(shí)降低了能耗。H. Huzairy等采用單室MFC降解廢水中的2，4-二氯苯酚，其以天然微生物團(tuán)進(jìn)行接種并馴化。研究發(fā)現(xiàn)，單室MFC對(duì)2，4-二氯苯酚的去除率僅僅為62%，且產(chǎn)生的最大電流密度為123 mA/m2。

Qin Wen等采用雙室BES降解廢水中的4-氯酚（4-CP），其以2 000 mg/L的葡萄糖為底物，并以100 mmol/L的磷酸鹽緩沖液驅(qū)動(dòng)。結(jié)果表明，在外加電壓為0.7 V時(shí)，4-CP的脫氯率可達(dá)到92.5%，能耗僅為0.549 kW?h/mol。由此可見，相較于傳統(tǒng)的厭氧工藝與電化學(xué)系統(tǒng)，BES對(duì)高毒性、難生物降解的氯酚類污染物具有更佳的處理效能，并更具經(jīng)濟(jì)性。未來(lái)仍需進(jìn)一步研究BES中微生物對(duì)此類污染物的耐受性。

3.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)耦合工藝及應(yīng)用

采用BES處理難降解廢水具有顯著優(yōu)勢(shì)，但依舊存在微生物耐受性差、運(yùn)行投入費(fèi)用高等問(wèn)題，能否將BES與傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，從而高效處理廢水，成為研究熱點(diǎn)。研究表明，BES可作為預(yù)處理工藝降解廢水中難降解污染物，提高廢水的可生化性；在此基礎(chǔ)上，耦合傳統(tǒng)生物處理工藝對(duì)廢水進(jìn)行進(jìn)一步處理，從而提高對(duì)廢水的處理效果。已有的BES耦合工藝及其應(yīng)用效果見表 1。

BES耦合工藝系統(tǒng)既解決了電化學(xué)系統(tǒng)能耗高、經(jīng)濟(jì)性差等缺點(diǎn)，又緩解了傳統(tǒng)生物處理工藝啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、溫度變化敏感等缺陷，且在去除污染物的同時(shí)，兼具產(chǎn)電產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)。在處理難降解廢水中，該耦合工藝表現(xiàn)出效能高、經(jīng)濟(jì)性好、速率快等特點(diǎn)。

4 結(jié) 論

BES對(duì)難降解廢水的處理具有顯著優(yōu)勢(shì)，其在偶氮染料廢水、硝基芳烴廢水和氯酚類廢水等典型難降解工業(yè)廢水處理方面取得了良好的應(yīng)用效果。

選擇適宜的電極并進(jìn)行一定的改性修飾，根據(jù)不同的污染物施加合適的外加電壓，在保證微生物活性的前提下提供一定鹽度，均可顯著提高其對(duì)難降解廢水的處理效能。

將BES與傳統(tǒng)的生物處理工藝進(jìn)行耦合，既可解決電化學(xué)系統(tǒng)能耗高、經(jīng)濟(jì)性差等缺點(diǎn)，又可緩解傳統(tǒng)生物處理工藝啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、溫度變化敏感等缺陷，在高效去除污染物的同時(shí)，兼具產(chǎn)電產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)。

為了進(jìn)一步提升BES的處理效能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，未來(lái)需在以下方面進(jìn)行進(jìn)一步探討和研究。

（1）選擇高效、廉價(jià)的不銹鋼材質(zhì)制造生物電化學(xué)電極模塊，摒棄貴金屬、碳纖維和石墨等傳統(tǒng)電極材料，針對(duì)性研究表面改性技術(shù)，提高其生物親和性、電化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性；

（2）降低各影響因素對(duì)EAB的不利影響，以高效篩選和富集EAB，從而進(jìn)一步提高BES中電子傳遞速率；

（3）構(gòu)建生物電化學(xué)強(qiáng)化處理難降解廢水中試系統(tǒng)，并評(píng)估中試規(guī)模下的電耗成本，重點(diǎn)分析電路和電極上的電化學(xué)損耗，為規(guī)?；瘧?yīng)用該技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。