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生物电催化-接触氧化系统：高盐偶氮染料废水处理的创新方案

一、引言

1.1研究背景与意义

随着纺织、印染、造纸、化妆品等行业的迅速发展，偶氮染料的使用量日益增加，由此产生的高盐偶氮染料废水排放量也不断攀升。偶氮染料废水具有成分复杂、色度高、化学需氧量（COD）高、盐分含量高以及生物降解性差等特点。其中，高盐环境会对微生物的生长、代谢和酶活性产生显著的抑制作用，使得传统的生物处理方法难以有效处理这类废水。未经妥善处理的高盐偶氮染料废水若直接排放，不仅会导致水体色度增加、透明度降低，破坏水体生态环境，影响水生生物的生存和繁衍，还可能通过食物链的传递，对人类健康造成潜在威胁，如致癌、致畸和致突变等。

传统的废水处理方法，如物理法（吸附法、膜分离法等）、化学法（化学氧化法、混凝沉淀法等）和生物法（活性污泥法、生物膜法等），在处理高盐偶氮染料废水时都存在一定的局限性。物理法往往成本较高，且容易产生二次污染；化学法虽然处理效果较好，但可能会引入新的化学物质，并且运行成本也较高；生物法受高盐环境的影响，微生物的活性和代谢能力会受到抑制，导致处理效率低下。因此，开发一种高效、经济、环保的高盐偶氮染料废水处理技术迫在眉睫。

生物电催化-接触氧化系统作为一种新兴的废水处理技术，结合了生物处理和电催化的优势，为高盐偶氮染料废水的处理提供了新的思路和方法。该系统利用微生物的代谢作用和电催化过程中产生的电场、活性物质等，能够有效地克服高盐环境对微生物的抑制作用，提高偶氮染料的降解效率。通过在生物接触氧化池中引入电极，形成生物电化学反应体系，一方面可以促进微生物的生长和代谢，增强其对污染物的降解能力；另一方面，电催化过程中产生的羟基自由基（?OH）、过氧化氢（H?O?）等强氧化性物质，能够进一步氧化分解偶氮染料分子，提高废水的处理效果。此外，生物电催化-接触氧化系统还具有操作简单、运行成本低、环境友好等优点，具有广阔的应用前景。

本研究旨在深入探究生物电催化-接触氧化系统处理高盐偶氮染料废水的性能和机理，通过优化系统的运行参数，提高其对高盐偶氮染料废水的处理效率，为该技术的实际工程应用提供理论依据和技术支持。这对于解决高盐偶氮染料废水的污染问题，保护生态环境，实现水资源的可持续利用具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1高盐偶氮染料废水处理研究现状

高盐偶氮染料废水因其复杂特性成为水处理领域的难题，国内外学者在物理、化学和生物处理方法上进行了广泛研究。

物理法中，吸附法应用较为广泛。活性炭是常用的吸附剂，其对染料具有良好的吸附能力，通过碳化作用形成多孔结构，利用静电作用吸附偶氮染料。但活性炭成本较高，再生困难。生物质吸附剂如花生壳、稻草等，来源丰富，表面粗糙多孔且含有利于吸附的功能基团，对染料有较好的吸附性能，不过存在回收利用困难的问题。膜分离技术可根据浓度差、压力差或电势差使液体通过选择性膜，将废水分为浓缩和液体两部分，实现染料回收和脱盐。但该技术存在膜易堵塞、污染以及成本较高等问题，限制了其大规模应用。

化学法方面，氧化法是处理偶氮染料废水的重要手段。光催化氧化利用催化剂在光辐射下催化有机物氧化为小分子，如利用紫外光激发TiO?半导体材料降解偶氮染料。但在普通日照环境下，其降解效果受到影响。臭氧氧化能直接或间接氧化偶氮染料，通过产生自由基参与染料的脱色过程。电化学法近年来受到关注，电催化氧化技术利用电极材料在电场作用下加速有机物氧化分解，具有反应速度快、处理效率高、无二次污染等优点。然而，该技术目前在电极材料选择和反应条件优化等方面仍有待完善。

生物法因具有运行成本低、环境友好等优点成为研究热点。好氧氧化和厌氧氧化是常见的生物处理方式。但高盐环境会抑制微生物的生长和代谢，导致处理效率低下。为解决这一问题，研究人员尝试驯化耐盐微生物。有研究通过逐步提高盐分浓度的方式驯化微生物，使其适应高盐环境，从而提高对高盐偶氮染料废水的处理能力。此外，利用氧化还原介质强化生物处理过程也取得了一定进展。醌类化合物作为氧化还原介体，能够加速电子传递，提高偶氮染料的生物降解速率。

1.2.2生物电催化-接触氧化系统研究现状

生物电催化-接触氧化系统是一种新兴的废水处理技术，结合了生物处理和电催化的优势。在国外，相关研究主要集中在系统的构建和优化以及对不同污染物的处理效果研究上。有研究利用微生物燃料电池原理构建生物电催化-接触氧化系统，在处理有机废水时，通过电极的作用促进了微生物的代谢活动，提高了废水的处理效率。在对难降解有机污染物的处理中，该系统能够产生强氧化性物质，有效分解污染物分子结构。

国内对生物电催化-接触氧化系统的研究也在逐渐增多。研究人员通过优化电极材料、运行参数等方面，提高系统对废