在廢水處理中，曝氣是一種耗能大但必須去除污染物的過程。泵將空氣吹入廢水中，以為處理池中的微生物提供氧氣。作為回報(bào)，這些細(xì)菌將有機(jī)物質(zhì)氧化為二氧化碳從而將其從廢水中去除。此過程是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)證明了一個(gè)多世紀(jì)。如今華盛頓州立大學(xué)和愛達(dá)荷大學(xué)的研究人員創(chuàng)造出自己的方法改變了原有的過程。

微生物燃料電池利用微生物將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而在廢水處理中，微生物燃料電池可以代替曝氣，同時(shí)從廢水有機(jī)物中捕獲電子。這些電子本身又是微生物代謝的廢物。所有生物都在努力釋放多余的電子。此過程稱為呼吸或發(fā)酵。微生物產(chǎn)生的電能可用于廢水處理廠本身的有用應(yīng)用。該技術(shù)一石二鳥，一方面節(jié)省了廢水的處理能源，另一方面發(fā)電。

在他們的項(xiàng)目中，研究人員使用了他們開發(fā)的獨(dú)特的微生物燃料電池系統(tǒng)來代替曝氣。他們新穎的廢水處理系統(tǒng)借助產(chǎn)生電力的微生物來凈化廢水。這些微生物稱為親電子試劑。

這項(xiàng)工作將有一天減少對(duì)水處理高耗能過程的依賴。這些過程中所需的大部分能量都被活性污泥提供。水處理過程中產(chǎn)生的能源消耗約占全球人為產(chǎn)生二氧化碳的4-5%。研究人員在生物電化學(xué)雜志上發(fā)表了他們的工作。除了減少溫室氣體排放外，降低廢水處理的能耗還可以節(jié)省數(shù)十億美元的年度運(yùn)營和維護(hù)成本。

迄今為止，微生物燃料電池已經(jīng)在理想條件下通過實(shí)驗(yàn)用于廢水處理系統(tǒng)中，但是在實(shí)際和不斷變化的條件下，它們經(jīng)常會(huì)失效。微生物燃料電池缺乏控制陽極和陰極電勢(shì)并因此控制電池電勢(shì)的調(diào)節(jié)器。這很容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障。然后必須更換整個(gè)電池。

為了解決這個(gè)問題，研究人員在系統(tǒng)中增加了一個(gè)參考電極，使他們能夠控制燃料電池。系統(tǒng)變得更加靈活。它既可以單獨(dú)作為微生物燃料電池工作，也不消耗任何能量，也可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以便在更密集地凈化廢水的同時(shí)，將較少的能量用于曝氣。FrontisEnergy在其電解反應(yīng)器中使用了類似的控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室以及愛達(dá)荷州廢水處理廠的試點(diǎn)工作了一年，沒有出現(xiàn)重大問題。它以與傳統(tǒng)曝氣池相當(dāng)?shù)乃俾嗜コ宋廴疚?。另外，微生物燃料電池可以完全?dú)立于電網(wǎng)功率使用。研究人員希望有一天它可以用于小型廢水處理廠，例如清潔牲畜場或偏遠(yuǎn)地區(qū)。

盡管取得了進(jìn)展，但仍有挑戰(zhàn)需要克服。它們是很難構(gòu)建的復(fù)雜系統(tǒng)。在FrontisEnergy，我們專門研究此類系統(tǒng)，可以幫助進(jìn)行試點(diǎn)和商業(yè)化。燃料電池氫能觀察