产生电子的微生物为可持续废水处理提供动力

华盛顿州立大学的研究人员开发了一种可持续的废水处理系统，该系统依靠产生电子的微生物群落来清洁水。有朝一日，这项工作可能会减少对用于移动和处理废水的高能耗过程的依赖，而这些过程占美国总电能消耗的百分之二。

通过Abdelrhman穆罕默德，博士后研究助理，并Haluk Beyenal的带领下，保罗Hohenschuh特聘教授在基因和化学工程与生物工程琳达Voiland学校，研究人员对他们在杂志上，报告工作生物电化学。

在废水处理中，曝气是一种耗能的过程，是去除污染物的必要步骤。泵连续工作以将空气混合到水中，添加氧气，细菌随后将其用于氧化有机物和污染物。在他们的工作中，研究人员使用了他们开发的独特的微生物燃料电池系统，以替代外部曝气。

穆罕默德说：“如果我们仅在美国减少一小部分能源使用，那就是每年数十亿美元的成本。” “能源成本是其中一部分，但这也意味着减少环境排放。”

微生物燃料 电池通过使微生物以类似于电池的方式将化学能转化为电能来工作。它们不产生大量电能，因此已用于低功率应用，尤其是在电池不可行的偏远地区。

就废水处理而言，微生物燃料电池可以承担曝气和氧气的作用-接受细菌作为其代谢工作产物而产生的电子。

除了代替氧气外，系统还可以产生少量电力，可用于进行额外的曝气。

穆罕默德说：“我们试图分两步考虑。” “我们降低了能源成本，因为您无需充气和添加氧气，但是第二部分是我们产生的电能很少，可用于废水处理厂本身的某些有用应用。”

贝耶纳尔补充说：“这就像我们在双重浸入。” “我们使用电极，然后使用电子受体来促进微生物的生长。另一方面，我们为泵和充气增加了一点电。通过这种方法，它功能更强大，可以更快地处理废水。”

燃料电池已在理想条件下通过实验用于废水处理系统，但在现实世界和变化的条件下，它们通常会失效。

穆罕默德说：“微生物燃料电池缺乏内部控制来控制阳极和阴极的电势，因此也无法控制电池的电势。” “这可能会导致系统故障。”

在WSU团队开发的系统中，研究人员添加了一个额外的电极，可以对其燃料电池系统进行额外的控制。该系统是可切换的。它可以自己作为微生物燃料电池工作，因为它可以缓慢地清理废物，因此不消耗任何能量，也可以切换为使用比曝气少的能量并且可以更彻底地进行清理的微生物。Mohamed发明了控制电极的廉价便携式电子设备。

研究人员能够在爱达荷州莫斯科的一个试验废水处理设施中，在实验室中运行系统一年且无故障，并且能够达到试点规模。中试规模的处理设施由爱达荷大学环境工程学教授Erik R. Coats拥有和运营，他是该项目的合作者。该系统以与曝气相当的速率去除了废物。

该系统有可能完全独立于电网使用，研究人员希望有朝一日能将其用于小型废水处理设施，例如在牛场周围或非常农村地区进行清洁。

“随着时间的流逝，我们取得了很大进步，”穆罕默德说。他是WSU的一名本科生，最初对微生物燃料电池产生了兴趣。“将其视为真正的应用程序，我们仍然需要克服一些挑战，但是看到该领域在一段时间内取得显着进展，令人兴奋。”

Beyenal补充说：“这些系统很难构建。” “我认为当我编写提案时，一切都很容易，但是这需要很多时间和很多新发现。市场上没有这样的东西。”

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