六边形结构多阳极共享阴极微生物脱盐池(MASC-MDC)的生物电化学强化污染物去除与高盐溶液高效脱盐性能研究

本推荐研究创新性提出六边形结构多阳极共享阴极微生物脱盐池（MASC-MDC），通过缩短膜间距至2?cm显著降低内阻（~50?Ω），在开路电压（646?mV）、脱盐效率（95.71%/5周期）、脱盐速率（0.27?g·L?1·h?1）和最大功率密度（162.2?mW·m?2）方面均优于传统三室MDC，同时实现90.05%化学需氧量（COD）去除率，为高盐废水处理与生物能源同步回收提供可持续解决方案。

　　

多阳极共享阴极（MASC）MDC设计与构建

多阳极共享阴极MDC被构建为六棱柱装置，包含六个阳极室、一个脱盐区和一个阴极室（示意图2）。反应器由有机玻璃制成，高20?cm，宽23?cm。单个阳极室工作容积为250?mL，六室总容积达1500?mL；脱盐室和阴极室容积分别为300?mL和500?mL（补充示意图2和3）。反应器上开设的孔洞用作电极接线、溶液注入和采样端口。阳极采用碳毡材料（厚度0.5?cm，表面积420?cm2），阴极则使用涂覆铂催化剂的碳毡（Pt负载量0.5?mg/cm2）。脱盐室与电极室之间通过阴离子交换膜（AEM）和阳离子交换膜（CEM）分隔，膜间距优化至2?cm以最小化内阻。

开路模式下MASC-MDC与传统三室MDC的性能对比

在开路条件下测试MASC-MDC和传统三室MDC（对照组）的电池潜力。测试期间未更换中间室的盐水和电解质，该过程同时促进了阳极室生物膜的形成。当伪稳态电压降至初始值10%时停止测试。开路电压（OCV）测量可用于评估电池的输出功率和电化学活性。MASC-MDC表现出更优异的性能，最高OCV达646?mV（传统MDC为553?mV），且电压稳定性显著提升。通过10?Ω至10,000?Ω范围的外部电阻极化实验确定MASC-MDC的内阻仅为50?Ω，远低于传统结构的数百欧姆级内阻。

结论与未来展望

微生物脱盐池（MASC-MDC）展现出优于传统三室结构的性能。其峰值开路电压达646?mV，而传统MDC仅为553?mV。通过极化实验确定MASC-MDC的初始内阻为50?Ω，显著提升了电荷传输效率。基于48小时脱盐周期的实验显示，MASC-MDC在五个周期内实现95.71%脱盐率，脱盐速率达0.27?g·L^?1·h^?1，同时化学需氧量（COD）去除率稳定在90.05%。该系统通过多阳极共享阴极设计同步优化了离子传输、生物产能和废水处理效能，为高盐废水处理提供了可扩展且自驱动的解决方案。未来研究需聚焦于长期运行稳定性、膜污染控制及实际废水应用的工艺优化。