基于柚子皮生物阳极的微生物燃料电池脱色与发电技术研究

本研究针对制革废水成分复杂、毒性物质含量高的处理难题，创新性地采用电凝聚(EC)与电氧化(EO)连续联用工艺处理合成制革废水(STWW)。通过Fe/Fe和混合金属氧化物(MMO)电极的协同作用，优化条件下对4-氯酚(4-CP)、铬(Cr(VI))、化学需氧量(COD)的去除率分别达75.97%、82.33%、89%，能耗28.85 kWh/m3，为工业级废水处理提供了高效经济的新方案。

　　

制革工业作为全球污染最严重的行业之一，每年产生3亿吨含铬废水，其中40%未反应的铬盐直接排放，导致水体中致癌物Cr(VI)超标1600倍（标准限值0.05 mg/l）。传统生物处理法因污染物抗降解性几乎失效，而化学混凝等物理方法又难以达标。面对这个棘手的环境难题，研究人员在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，开创性地将电凝聚(EC)和电氧化(EO)工艺集成于单程连续流系统，用"铁电极溶解+混合金属氧化物催化"的双重攻击策略破解治理困境。

研究采用三因素Box-Behnken设计优化电流、流速和时间参数，通过Fe/Fe电极产生Fe2?絮凝去除Cr(VI)，配合Ti/TiO₂-IrO₂-RuO₂阳极的强氧化能力降解4-CP。能量消耗分析采用千瓦时计量法，成本核算参照工业电价标准。

《回归分析与优化》
通过响应面法确定最佳条件为电流0.8A、流速1.2L/h、处理时间90分钟，此时Cr(VI)与4-CP的去除机理呈现显著协同效应，EO过程产生的羟基自由基(·OH)贡献了38%的COD降解率。

《结论》
该连续流系统首次实现吨水处理成本2.11美元，较传统工艺降低40%污泥产量。特别值得注意的是，MMO阳极在含氯环境下的腐蚀速率仅为石墨电极的1/5，其表面形成的TiO₂钝化膜使使用寿命延长至1200小时。研究为工业园区废水处理站提供了即插即用的模块化解决方案，下一步将开展真实废水验证以推动工程应用。