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为解决微生物燃料电池（MFC）处理废水技术的发展难题，研究人员开展电极和膜改性对堆叠式 MFC 处理废水性能影响的研究。结果表明改性可提升 COD 去除率和功率密度，该研究为 MFC 技术在污水处理厂的应用提供思路。
在当今的环保领域，废水处理是一个至关重要的课题。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）作为一种新兴技术，利用废水中天然存在的外生电菌的新陈代谢，在处理废水的同时将有机物的化学能直接转化为电能，听起来是不是很神奇？但就像任何新兴技术一样，MFC 在实际应用中面临着诸多挑战。虽然过去几十年人们对其工作原理有了较为深入的理解，可在技术发展方面仍存在不少差距。例如，与传统废水处理方法相比，MFC 的资本成本和运营成本较高；其电能输出也比不上传统厌氧消化过程产生的甲烷；而且单电池的电压输出有限，需要合理堆叠才能获得有用电压。同时，目前对 MFC 同时发电和处理废水能力的研究也比较有限。
为了攻克这些难题，探寻 MFC 在废水处理中的更大潜力，有研究人员开展了一项极具价值的研究。他们的研究成果发表在《Current Research in Biotechnology》上。
在这项研究中，研究人员采用了一系列关键技术方法。他们搭建了由四个板型 MFC 组成的堆叠系统，每个电池都有特定的结构设计。为了提升性能，对阳极和质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）进行了改性处理。通过控制合成乳制品废水的成分和实验条件，监测多个关键指标来评估 MFC 的性能。
下面来详细看看研究结果：
- 有机负荷率（OLR）和容积处理率（VTR）：研究人员发现，随着废水从 MFC - 1 流向 MFC - 4，COD 逐渐降低，有机负荷率也随之下降。MFC - 1 对 COD 的去除率约为 56.88%，相比之前初始 COD 为 2242mg/L 时的研究，去除率提升明显。最终，四个串联的 MFC 将废水的 COD 从 2412mg/L 降低到 126mg/L，去除率达到 93.66%，这表明该堆叠系统能有效将废水处理至接近环境排放的允许限值。
- 归一化能量回收（NER）：NER 反映了 MFC 反应器中每处理单位体积废水所回收的能量。由于四个 MFC 串联，后续 MFC 的进水 COD 和 OLR 逐渐降低，NER 也相应从 MFC - 1 到 MFC - 4 依次减少。尽管 MFC - 2 的 COD 去除百分比高于 MFC - 1，但 MFC - 1 的 ΔCOD 更高，因此其归一化能量回收也更高，这充分展示了能量产生与进料 OLR 之间的紧密联系。
- 电流密度、功率密度和电压：研究人员对每个 MFC 在不同外部电阻下产生的电流进行了评估，并计算出电流密度。通过绘制电流密度与 VTR 的关系图，发现二者存在一定的相关性。同时，测量每个 MFC 的电压和功率密度后发现，MFC - 1 的平均电压最高，功率密度也最大，达到 77.9mW/m2，这一数值是之前研究中相同操作条件下的两倍。随着后续 MFC 中 COD 的降低，功率密度也逐渐减小。
综合上述研究，研究人员得出以下重要结论：阳极和膜的改性显著提升了 MFC 对废水的处理效果，在 COD 去除方面表现出色，功率密度也得到了大幅提高。串联的 MFC 堆叠系统能够有效降低乳制品废水的 COD 浓度，使其达到安全排放标准。不过，该研究也为未来指明了方向。后续研究应关注改性 MFC 组件的长期效果，分析其在去除有机负荷和能量回收方面的功能稳定性。同时，利用实际乳制品废水进行对比研究也十分必要，这有助于更深入地了解 MFC 技术在实际应用中的效果，为其可能的规模化应用提供更坚实的理论基础和实践依据。这项研究为 MFC 技术在废水处理领域的进一步发展和应用提供了宝贵的参考，有望推动该技术从实验室走向实际污水处理厂，为环保事业带来新的突破。
