在工业生产过程中，废水的产生是不可避免的。这些废水往往含有难以降解的化学物质和重金属，对环境造成严重污染。传统的处理方法不仅成本高昂，而且效率有限。现在，一种名为生物电化学系统（BES）的新技术为我们提供了一种既环保又经济的解决方案。

图1 BES技术用于从工业废水中回收资源

BES通过微生物的代谢活动产生电流，将有机污染物转化为电能。这些微生物可以在厌氧条件下将有机物分解，释放出电子，这些电子通过电极传递，从而产生电流。BES不仅可以处理废水，还可以回收资源，如电力和氢气，实现了废物的循环利用。

【工业应用案例】

图2 实际工业应用中BES技术的真实案例研究。(A) VIVA™ MFC系统；(B) Emefcy MFC模块化配置；(C) 由Lebone运营的粉尘驱动MFC；(D) Cambrian的EcoVolt系统；(E) NTPC的生物电厕所；(F) Plant-e系统；(G) 用于BioRECO2VER项目的MES系统；(H) IMDEA的METFilter；以及(I) IMDEA的iMETland。

-由MICROrganic Technologies开发的VIVA™ MFC系统是一种模块化的生物电化学技术，能够将食品废物转化为能源，同时减少氮排放。该系统通过微生物燃料电池技术，实现了废物处理和能源回收的双重目标，为食品工业提供了一种可持续的解决方案。

-Emefcy MFC模块化配置：Emefcy公司开发的MFC技术采用模块化设计，每个模块大约一立方米，通过控制阴极还原反应来处理市政和工业废水。这种设计利用纯电生菌群落，旨在减少处理厂的能源成本，同时有效处理废水。

-粉尘驱动MFC，Lebone：Lebone公司开发了一种使用图石电极、以粪便为基质的生物电池，利用土壤中的微生物群落作为接种物。这种低成本的生物电池适用于非洲偏远地区，能够为LED灯提供电力，是一种创新的能源解决方案。

-Cambrian Innovation Inc推出的EcoVolt系统是一种工业规模的生物电化学增强型废水处理系统，它利用电活性微生物稳定废水处理过程，同时产生清洁能源。这种系统能够为食品和饮料行业节省运营成本，同时增加工厂的可持续性。

-NTPC实施的生物电化学厕所（BETs）用于现场处理粪便污泥。研究表明，BETs在总有机碳、总氮和总磷的去除效率方面优于开路BETs，显示出生物电化学技术在粪便污泥处理中的潜力。

-Plant-e系统：Plant-e公司利用植物-微生物燃料电池（PMFC）技术，将植物光合作用产生的电力用于花园和公园的LED照明。这种系统通过在土壤中固定颗粒状碳的模块化植物托盘作为阳极，展示了植物与微生物之间协同作用的创新应用。

-BioRECO2VER项目旨在展示从工业点源（如炼油厂和水泥生产厂）捕获和转化二氧化碳（CO2）为有价值的平台化学品（如异丁烯和乳酸）的生物技术过程。该项目通过发酵和生物电化学系统两条线路进行生物过程开发和优化，旨在实现更节能和可持续的CO2转化。

-IMDEA开发的METFilter是一种集成了微生物电化学技术的过滤系统，它结合了电导生物滤膜技术，提高了电子传递速率，增强了过滤性能，并为市政和工业废水处理提供了资源回收的选项。

-iMETland是IMDEA推出的另一种微生物电化学技术产品，它在实际环境中成功地应用于城市污水的全尺度处理，目标是实现零能源成本。

这些案例展示了BES技术在工业规模应用中的潜力，不仅能够有效处理废水，还能在这一过程中产生能源，减少环境影响，并为公司节省成本。尽管BES技术取得了显著进展，但其商业化和工业化应用仍面临挑战。技术经济可行性、市场竞争力和规模化问题是BES技术商业化前需要解决的关键问题。然而，随着全球对绿色能源技术需求的增长，BES市场预计将在未来几年内显著增长，预计到2027年市场价值将达到约28亿美元。BES技术为工业废水处理和资源回收提供了一种可持续的解决方案。随着技术的进步和市场的发展，BES有望在未来几年内实现商业化。然而，为了实现这一目标，必须解决技术规模化和经济可行性的问题。通过持续的研究和开发，以及政府和工业界的支持，BES有望成为实现绿色经济和循环经济目标的关键技术。

参考文献：

[1]Is the bioelectrochemical system ready for industrial commercialization?https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.236001

[2]Stretched 1000-L microbial fuel cell.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.229130

[3]Microbial fuel cells: From fundamental

（作者：李传福，华中科技大学。）

来源: 科小二