近日，在第243屆美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)全國(guó)會(huì)議上，美國(guó)克雷格·文特爾研究所的奧里安娜博士做了一個(gè)關(guān)于微生物凈化污水并同時(shí)發(fā)電的報(bào)告，該報(bào)告受到廣泛關(guān)注。奧利安娜和她的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型設(shè)備采用的是微生物燃料電池技術(shù)。
微生物燃料電池是一種利用微生物體作為催化劑將有機(jī)物及無(wú)機(jī)物質(zhì)氧化并產(chǎn)生電能的裝置。以城市生活污水為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微生物燃料電池，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理的同時(shí)回收了電能，還可以降低污水處理的成本，不失為一舉兩得的良方。但是產(chǎn)電性能低正限制這微生物燃料電池的推廣和應(yīng)用。
在報(bào)告中，奧里安娜稱(chēng)，她開(kāi)發(fā)出的污水處理和發(fā)電二合一設(shè)備僅洗衣機(jī)般大小。但比最初的樣機(jī)能更有效地處理污水，而成本下降一半;并且其能量回收能力從2%提高到13%左右。
傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)包括許多步驟，其中包括將污水中的固體和液體分離。分離程序往往需要沉淀池、粉碎較大物體的破碎切割機(jī)、過(guò)濾顆粒的膜、生物消化過(guò)程和消除有害微生物的化學(xué)過(guò)程。這些步驟都是耗能大戶。
能量費(fèi)用是污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的重要組成部分，降低能量消耗已經(jīng)成為污水處理行業(yè)節(jié)能降耗的重點(diǎn)。據(jù)估計(jì)，一個(gè)典型的污水處理廠的用電量可供1萬(wàn)戶或更多家庭使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的污水處理用電量已占到美國(guó)總用電量的2%。
奧利安娜的技術(shù)可利用氫氣和氧氣產(chǎn)生電力和飲用水。自然存在于污水中的微生物通過(guò)新陳代謝，能夠消化分解污泥中的有機(jī)物質(zhì)。而在這個(gè)分解過(guò)程中，細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生電子，電子擁有一個(gè)負(fù)電荷，是電的基本單位。
奧里安娜對(duì)該技術(shù)的前景表示樂(lè)觀，她說(shuō)：“如果投入商業(yè)應(yīng)用，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程能量自給，對(duì)污水處理率不高且急需節(jié)能的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)尤為重要。”
奧里安娜認(rèn)為，新的微生物燃料電池使用了從傳統(tǒng)污水處理廠得到的污水，甚至具有分解污泥中的苯和甲苯等有害污染物的潛力，還能明顯減少治病微生物的數(shù)量。
在圣迭戈附近的污水處理廠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，該設(shè)備每周可處理20加侖到100加侖的廢物量。研究人員用石墨電極和聚氯乙烯(PVC)框架取代了鈦金屬部件。正因如此，新微生物燃料電池處理廢物的成本約每加侖150美元，僅為以前原型機(jī)的一半。該小組希望，最終能實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有水處理技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力的成本，每加侖將低于20美元或更少。
新設(shè)備的效率是其原型機(jī)的6倍，將污泥轉(zhuǎn)化為電能的效率為13%。研究人員稱(chēng)，將規(guī)模擴(kuò)大設(shè)備效率可達(dá)20%至25%。這樣產(chǎn)生的電力就足夠推傳統(tǒng)污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。未來(lái)，微生物燃料電池有望取代部分現(xiàn)有城市污水處理系統(tǒng)。
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