華盛頓州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種可持續(xù)的廢水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠產(chǎn)生電子的微生物群落來清潔水。有朝一日，這項(xiàng)工作可能會(huì)減少對(duì)用于移動(dòng)和處理廢水的高能耗過程的依賴，而這些過程占美國總電能消耗的百分之二。

通過Abdelrhman穆罕默德，博士后研究助理，并Haluk Beyenal的帶領(lǐng)下，保羅Hohenschuh特聘教授在基因和化學(xué)工程與生物工程琳達(dá)Voiland學(xué)校，研究人員對(duì)他們?cè)陔s志上，報(bào)告工作生物電化學(xué)。

在廢水處理中，曝氣是一種耗能的過程，是去除污染物的必要步驟。泵連續(xù)工作以將空氣混合到水中，添加氧氣，細(xì)菌隨后將其用于氧化有機(jī)物和污染物。在他們的工作中，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)，以替代外部曝氣。

穆罕默德說：“如果我們僅在美國減少一小部分能源使用，那就是每年數(shù)十億美元的成本。” “能源成本是其中一部分，但這也意味著減少環(huán)境排放。”

微生物燃料 電池通過使微生物以類似于電池的方式將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能來工作。它們不產(chǎn)生大量電能，因此已用于低功率應(yīng)用，尤其是在電池不可行的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

就廢水處理而言，微生物燃料電池可以承擔(dān)曝氣和氧氣的作用-接受細(xì)菌作為其代謝工作產(chǎn)物而產(chǎn)生的電子。

除了代替氧氣外，系統(tǒng)還可以產(chǎn)生少量電力，可用于進(jìn)行額外的曝氣。

穆罕默德說：“我們?cè)噲D分兩步考慮。” “我們降低了能源成本，因?yàn)槟鸁o需充氣和添加氧氣，但是第二部分是我們產(chǎn)生的電能很少，可用于廢水處理廠本身的某些有用應(yīng)用。”

貝耶納爾補(bǔ)充說：“這就像我們?cè)陔p重浸入。” “我們使用電極，然后使用電子受體來促進(jìn)微生物的生長。另一方面，我們?yōu)楸煤统錃庠黾恿艘稽c(diǎn)電。通過這種方法，它功能更強(qiáng)大，可以更快地處理廢水。”

燃料電池已在理想條件下通過實(shí)驗(yàn)用于廢水處理系統(tǒng)，但在現(xiàn)實(shí)世界和變化的條件下，它們通常會(huì)失效。

穆罕默德說：“微生物燃料電池缺乏內(nèi)部控制來控制陽極和陰極的電勢(shì)，因此也無法控制電池的電勢(shì)。” “這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。”

在WSU團(tuán)隊(duì)開發(fā)的系統(tǒng)中，研究人員添加了一個(gè)額外的電極，可以對(duì)其燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行額外的控制。該系統(tǒng)是可切換的。它可以自己作為微生物燃料電池工作，因?yàn)樗梢跃徛厍謇韽U物，因此不消耗任何能量，也可以切換為使用比曝氣少的能量并且可以更徹底地進(jìn)行清理的微生物。Mohamed發(fā)明了控制電極的廉價(jià)便攜式電子設(shè)備。

研究人員能夠在愛達(dá)荷州莫斯科的一個(gè)試驗(yàn)廢水處理設(shè)施中，在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行系統(tǒng)一年且無故障，并且能夠達(dá)到試點(diǎn)規(guī)模。中試規(guī)模的處理設(shè)施由愛達(dá)荷大學(xué)環(huán)境工程學(xué)教授Erik R. Coats擁有和運(yùn)營，他是該項(xiàng)目的合作者。該系統(tǒng)以與曝氣相當(dāng)?shù)乃俾嗜コ藦U物。

該系統(tǒng)有可能完全獨(dú)立于電網(wǎng)使用，研究人員希望有朝一日能將其用于小型廢水處理設(shè)施，例如在牛場周圍或非常農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行清潔。

“隨著時(shí)間的流逝，我們?nèi)〉昧撕艽筮M(jìn)步，”穆罕默德說。他是WSU的一名本科生，最初對(duì)微生物燃料電池產(chǎn)生了興趣。“將其視為真正的應(yīng)用程序，我們?nèi)匀恍枰朔恍┨魬?zhàn)，但是看到該領(lǐng)域在一段時(shí)間內(nèi)取得顯著進(jìn)展，令人興奮。”

Beyenal補(bǔ)充說：“這些系統(tǒng)很難構(gòu)建。” “我認(rèn)為當(dāng)我編寫提案時(shí)，一切都很容易，但是這需要很多時(shí)間和很多新發(fā)現(xiàn)。市場上沒有這樣的東西。”

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