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煤气化废水（CGW）处理难题亟待解决，研究人员开展阳极改性增强微生物电解池（MEC）耦合厌氧消化（AD）处理 CGW 的研究。结果显示电极改性提升处理效果，促进电活性微生物富集。为 CGW 处理提供新技术支持，助力煤化工绿色转型。
在全球工业化浪潮中，煤炭化工产业蓬勃发展，成为能源与化工产品的重要供应源。然而，其生产过程产生的煤气化废水（Coal Gasification Wastewater，CGW）却如同隐藏在繁荣背后的 “定时炸弹”，给环境带来了巨大威胁。CGW 具有化学需氧量（COD）高、氨氮含量高、难生物降解有机物多以及含有有毒物质等特点。像酚类、多环芳烃（PAHs）和脂肪酸等化合物，长期留存于环境中，持续破坏生态平衡。
目前常用的 CGW 处理技术，如吸附法、高级氧化法和膜分离法，都存在各自的弊端。吸附法虽然处理速度快、效率高，但在运行过程中可能产生二次污染，且对高浓度废水的吸附效果有限；高级氧化法不仅成本高昂，运行条件苛刻，还可能生成比原始污染物毒性更强的转化产物；膜分离法虽能有效处理废水，但膜污染问题严重影响了净水的产量和质量。传统的厌氧消化（Anaerobic Digestion，AD）作为一种生物处理废水的方法，虽具备运行成本低、可回收沼气、能增强废水生化性等优点，但也存在厌氧微生物增值缓慢、出水有机物浓度较高难以达标排放的问题。
在这样的困境下，为了突破 “高效处理 - 低耗运行 - 资源回收” 的技术耦合障碍，为煤化工产业的绿色转型提供创新方案，国内研究人员开展了一项关于阳极改性强化微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC）耦合厌氧消化处理煤气化废水的研究。这项研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上，为解决煤气化废水处理难题带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过将处理后的玉米秸秆粉在马弗炉中处理，再与制备好的硫酸铁溶液充分混合，合成了生物炭负载硫酸铁的改性电极材料。利用扫描电子显微镜（SEM）对改性前后的石墨毡电极形貌进行观察，以分析电极材料的特性变化。同时，运用密度泛函理论（DFT）对酚、喹啉和吲哚进行分析，从理论层面探究其反应机理。并设置了三个反应器，分别为厌氧（AD）反应器（R1）作为对照组，微生物电解池耦合厌氧消化（MEC - AD）反应器（R2）和阳极改性微生物电解池耦合厌氧消化（MEC - AD）反应器（R3），对比分析不同反应器对煤气化废水的处理效果。
在电极材料特性研究方面，SEM 观察结果显示，未改性的石墨毡电极表面光滑，内部结构相对蓬松；而改性后的石墨毡电极表面附着生物炭材料，填充了蓬松间隙，结构更为紧凑，粗糙的表面和更大的表面积有利于提升反应效果。
从废水处理效果来看，研究发现不同反应器对污染物的去除效果差异明显。R1、R2 和 R3 对总酚的平均去除率分别为 41%、48% 和 67%；喹啉和吲哚在三个反应器中的降解趋势与总酚相似，其中 R3 对喹啉和吲哚的降解率最高，分别达到 86% 和 89%。在化学需氧量（COD）降解方面，R3 的平均 COD 降解率分别比 R1 和 R2 高出 51% 和 67%。由此可见，阳极改性显著提高了 MEC - AD 系统对煤气化废水的处理效率。
微生物群落结构分析表明，电极改性促进了如 Syntrophus 和 Pseudomonas 等电活性微生物的富集。这些电活性微生物的增加有利于促进直接种间电子转移（Direct Interspecies Electron Transfer，DIET），从而增强了系统对有机污染物的降解能力。
综上所述，该研究成功制备了阳极改性材料，显著提升了微生物电解池耦合厌氧消化系统对煤气化废水的处理效果。电极改性不仅提高了电极的导电性，增强了表面电子转移能力，还优化了微生物群落结构，为煤气化废水处理提供了一种高效、经济且可持续的技术方案。这一研究成果对于推动煤化工产业在 “双碳” 目标和新《水污染防治法》的双重约束下实现绿色转型具有重要意义，为后续相关领域的研究和实际工程应用奠定了坚实基础。
