生物电化学体系中三环唑的强化降解机制研究(2)
1.2 农药废水处理技术研究现状 农药在农业生产中占据着非常重要的作用，对于提高粮食产量和生产效益具有十分重要的意义。但是农药废水的水质不稳定，COD 含量高，而且通常具有一定的毒性，废水中含有的高浓度有机物对细菌产生抑制或者毒害作用，处理难度较大。近年来大量关于杀菌剂废水处理的技术得到了发展与应用，主要技术可以分为物理处理法、化学处理法和生物法。（1）物理处理法 废水处理中常用的物理技术包括膜分离法、吸附法和萃取法等。由于吸附树脂具有高比表面积和极性，近年来，采用树脂吸附法处理废水逐渐成为了一个研究热点课题。 Zeng等[2]采用一种新型超交联吸附树脂 PDM-2去除废水中的苯酚，显现出了与商业树脂 XAD-4 和 AB-8 更高的吸附性能。废水处理研究中常用的萃取剂有四氯化碳、苯、超临界 CO2等。Yu 等[3]采用超临界 CO2萃取有机含磷农药废水，结合Fenton 处理工艺，硝基苯的去除率可以达到 100%，而且超临界CO2在与硝基苯分离后可循环使用。 （2）化学处理法 化学处理法是指通过投加化学试剂，使其与污染物发生化学反应来分离、去除水中污染物的处理方法。铁碳微电解技术是在电解质溶液中，以铁和碳构成无数个微小的原电池，利用水中的有机物在其中进行氧化还原反应来达到降解的目的。零价铁还原技术与生物技术结合工艺也可以用处理水中的难降解有机物。农药废水的处理通常采用的是高级氧化工艺，常用的有光催化氧化法，超临界CO2法、 催化湿式氧化法和臭氧氧化法等。 Konstantino和Albanis[4]以FeO2为催化剂，用自然光对其进行照射以产生光催化氧化效果， 研究了光催化降解废水中农药产生的中间产物以及相关无机离子的情况，同时分析了农药降解的主要路径。Brabets 等[5]采用臭氧氧化法处理水中的硝基芳香化合物，取得了良好效果。安立超等[6]采用Fenton 试剂处理硝基苯，去除率可达到 90%以上。 （3）生物法 生物法是指利用微生物的代谢来转换和稳定有机物，包括好氧生物法和厌氧生物法。生物法往往具有绿色、廉价等优点。Lafi 和 Al-odah[7]将 O3/UV 和生物工艺相结合处理农药废水，能够使废水中的 COD 去除率达到 90%。PaZ 等[8]利用升流式厌氧污泥床处理偶氮染料酸性橙，结果表明，外加碳源葡萄糖有助于染料脱色，当进水浓度为 0.58mM 时，去除率高达 92%。Borghei[9]采用移动床生物膜法（MBBR）处理酚醛树脂废水，结果显示苯酚的去除效果受两个因素的影响较大，分别为水力停留时间(HRT)和酚醛类物质对应的 COD 和总 COD 的比值。
1.3 生物电化学法（BES）应用于废水处理的研究现状
1.3.1 BES 概述 所谓生物电化学系统（BES）是指在电化学系统的阳极和阴极中，至少有一侧电化学反应是在微生物的催化作用下进行[10]。其原理是基于将传统的生物电化学系统与微生物电子传递体系相结合，来应用于一定目的的系统。微生物在新陈代谢过程中存在电子的流动，如果电子受体存在于胞外（如氧气） ，这种新陈代谢为呼吸作用，如果电子受体是胞内的，这种新陈代谢为发酵作用。微生物会尽可能多的获得能量，因此会选择具有最高电势的电子受体，在富含微生物的环境中，溶解性电子受体被微生物消耗完之后，微生物会进行发酵过程或者利用不溶性电子受体，将电子传递到细胞外，完成还原反应，这个过程称作胞外电子传递（EET）。在生物电化学体系中，阳极电极充当非溶解性电子受体，阴极半电池反应发生的是电子受体的还原。目前，对于微生物电子传递机制的研究，有三种可能的途径[11]：（a）通过某些还原性蛋白（如细胞色素 C）进行电子传递；（b）通过具有电传导性的纳米导线进行电子传递；（c）通过微生物分泌物电子穿梭体进行电子传递。典型的有机电子穿梭体有绿脓菌素和腐殖酸，无机电子穿梭体有硫化物和氢气。 生物电化学法利用质子交换膜将微生物与有机物隔开，阳极呼吸菌利用水中有机物的同时向阳极电极提供电子，电子通过电阻或电化学工作站传递到阴极，阴极的电子受体接受电子发生还原反应。 根据BES体系是输出电能还是输入电能，将BES分为微生物燃料电池（MFC）和微生物电解池（MEC） 。当阴极电位高于阳极电位时，系统按照原电池的模式运行，可以将阴极和阳极直接接到负载上，这时的 BES 是微生物燃料电池（MFC）；当阴极电位低于阳极电位时，系统需要外加电压才能发生电化学反应，这时的BES 就是微生物电解池（MEC）。