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制药废水因其有机污染组成复杂、高COD、高色度和毒性大，而成为国内外难处置的高浓度有机废水。制药废水中有机物多含有苯环，从而增加了它们的抗生物降解才能，造成传统的微生物处置技术难以有效降解制药废水，这为修复制药生产排放水体带来了繁重的压力。
近年来，微生物电化学系统(Microbial Electrochemical System，MES)由于适用温度范围广、污泥产量低等优点，在废水生物处置、生物质能源开发和应用等方面遭到普遍关注。MES是一种具有电化学、微生物学和资料学多种学科穿插优点的新系统，应用具有电活性的微生物作为电极催化剂，在阳极实施新陈代谢氧化有机物释放电子，将电子传送到阳极外表，阴极电子受体(O2等)发作复原反响耗费电子完成回路。当阴极外表发作反响的复原电势高于阳极外表发作的氧化反响的电势时，经过施加适宜的外加电压，使得复原电势向“负”方向偏移，进而让本来在阴极外表无法发作的复原反响得以实施。Liang等以初始浓度为32mg/L的氯霉素为针探物，在外加0.5V电压降落解24h，实验结果标明，耦合系统对氯霉素去除率可达为96%。Tandukar等应用微生物电化学系统阴极处置含铬废水，发现大局部Cr6+经过阴极微生物催化复原完成转化，最终Cr6+被复原为沉淀方式的Cr(OH)3。杜敬敬等研讨了生物阴极与非生物阴极体系中2，4-二氯苯酚的降解，发如今生物阴极体系中2，4-二氯苯酚的降解速率常数为0.64，非生物阴极中为0.32，由此阐明引入生物阴极可以提升2，4-二氯苯酚的降解效率，证明应用微生物电化学系统处置难降解物质具有很好的效果，为其在工业上的应用有了很好的科学根据。
硝基苯类化合物是制药化工行业主要原料，由于硝基苯类化合物上硝基固有的吸电子特性，使得与其相连的苯环位点上的电子云密度降落，抑止苯环裂解酶的活性，从而增加了它们的抗生物降解才能，美国环境维护署将其列为优先控制污染物，我国也将其列入68种重点污染物。目前国内外处置含硝基苯废水的主要吸附法、铁碳微电解法和生物降解法。其中吸附法可到达目的污染物的回收应用，完成废物的资源化，但吸附剂在吸附效率、再生条件以及资料的机械强度和运用寿命等方面均不太理想，处置周期长;铁碳微电解法将硝基复原为易降解的胺基，并且处置本钱较低，但现有的铁碳微电解法处置效果不稳定，随着运用时间的延长，铁屑结块，形成反响床梗塞，使处置效率降低;生物法处置费用最低，且微生物的变异性和顺应性都很强，但生物培育周期过长，并且复原产物苯胺很难被进一步彻底矿化。本文经过自主构建微生物电化学反响安装，将其应用于模仿的硝基苯有机废水降解实验研讨，探求不同外加电压、初始pH、初始污染物浓度对处置效率的影响，经过实验肯定微生物电化学系统的最佳控制条件，尴尬降解有机制药工业废水处理提供一条可行途径，同时对微生物电化学耦合法在工业上的应用提供一定的理论指导。
1、实验局部
1.1 资料与仪器
资料：硝基苯试剂(化学纯)，葡萄糖、醋酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵(剖析纯)，硫酸、氢氧化钠、磷酸-氢钠(剖析纯)，实验用水均为去离子水。
仪器：BP-Ⅱ型电子天平，PHS-3C数字酸度计，UV-9000紫外可见分光光度计，溶解氧测定仪(JPBJ-608)，全温型多振幅高速轨道摇床。
1.2 实验办法
自制双室电化学系统反响安装，两电极室之间用质子交流膜隔开，每个电极室有效容积为500mL，采用直径18mm、长80mm的高纯碳刷作电极，碳刷与导线接触处用碳导电胶黏连，实验安装表示图如图1所示。反响器放置在恒温摇床中，温度控制在25±1℃，转速控制在120r/min，以便微生物能够稳定生长。
取适量南昌市某污水处置厂二沉池回流污泥于培育瓶中，分别参加自制营养液后，放入恒温摇床中，以上述恒定条件培育活性微生物。将培育活性微生物分别接种于双室微生物电解池的阴阳极室，在阴阳极外加电压(0.4V左右)，并向阴极室内参加一定量的模仿有机废水，由于难降解有机污染物对微生物常常具有一定毒害性，因而在挑选的过程中，需釆用污染物梯度投加的方式，初始硝基苯浓度值控制为1mg/L，待微生物逐步顺应初始浓度后再将硝基苯浓度逐渐提升至20mg/L，当耦合系统对硝基苯的去除率到达60%左右后，标明微生物电化学系统启动胜利。开端对自制模仿有机废水实施降解，定时取样，记载反响时间，所取水样经定性滤纸过滤，再经过离心高速别离后，取其上层清液测定硝基苯浓度，计算硝基苯去除率。采用上述相同操作步骤，讨论不同外加电压，阴极室初始pH和硝基苯初始浓度对硝基苯去除效率的影响。
2、结果与讨论
2.1 外加电压的影响
硝基苯初始浓度为20mg/L，阴极室初始溶液pH值为5.0，改动外加电压大小，研讨外加电压强度对硝基苯降解的影响，结果见图2所示。当外加电压值从0.2V增加到0.4V时，其硝基苯最终去除率从71.7%增加到84.8%，继续增大外加电压至0.6V时，耦合系统对硝基苯最终去除率可达91.7%。其结果标明外加电压在0.2~0.6V范围内，外加电压大小与硝基苯去除率有明显的正相关。缘由可能是在此电压范围下，电压增大可得阴极处于愈加低的电位，提升了电活性微生物的传送电子效率，单位时间内经过外电路传输的电子更多，同时微生物与电极有机分离，减小了体系电子传送阻力，降低了阴极与微生物在传质阻力上能量的耗费，使其复原反响更容易实施。因而，坚持较大的外加电压大小，能确保耦合系统对硝基苯的去除才能到达最佳。
2.2 阴极室初始pH的影响
选取硝基苯浓度为20mg/L，外电压值为0.6V，改动阴极溶液pH值为5.0、8.0、11.0条件下，探求对硝基苯降解动力学的影响，结果见图3。从图3能够察看到，当阴极pH值由5.0提升至8.0时，硝基苯的去除效率仅仅由91.7%降落至85.2%，但当pH值继续上升至11.0时，系统对硝基苯的去除效率大幅度降落了28.6%左右，去除率仅有63.1%。这些结果标明，在微生物电化学体系中，由于阴极室中硝基苯的去除(硝基胺化)需求不时的耗费质子，假如阴极室初始pH值较低，溶液中有足够的H+参与复原降解;反之，初始pH值升高使得阴极室质子缓存才能不够，从而造成硝基苯的去除收到显著的抑止。因而，当应用微生物电化学耦合系统处置硝基苯废水时，需求将阴极室pH维持为弱酸性，从而可维持耦合系统对硝基苯的高效去除效率。
2.3 底物浓度的影响
外加电压为0.6V，溶液初始pH值为5.0，分别调查了底物初始浓度为10mg/L、30mg/L、50mg/L对耦合系统降解效率的影响，结果如图4。从图4能够看出，当底物浓度为10mg/L时，反响12h后系统对硝基苯去除率到达最大。将底物浓度从10mg/L增加到50mg/L，其对硝基苯溶液的最终去除率由93.4%降低到71.9%，去除效果减少了21.5%。这些实验结果标明，当耦合系统初始pH等实验条件不变的状况下，微生物单位时间内吸附污染物的整体数量是一定的，当底物硝基苯浓度越高，微生物相对所吸附取得的的底物越少，故而越不利于底物的降解，并且高浓度硝基苯溶液对微生物具有一定的毒性，进而削弱了耦合系统中微生物的活性。
3、结论
微生物电化学耦合系统中微生物可以有效的传送电子，进而提升水体中硝基苯的去除效率，当硝基苯初始浓度为10mg/L，阴极室初始溶液pH值为5.0，外加电压为0.6V时，经12h降解反响后，硝基苯去除率为93.4%。改动阴极室pH值对整个耦合系统去除硝基苯的影响较大，其弱酸性条件下对硝基苯降解去除速率相对较快，而碱性条件不利于硝基苯的复原降解;降解底物浓度与体系中间氯苯甲酸的降解速率呈负相关性，在一定范围内增大外加电压能够提升系统中阴极的复原性能以及微生物活性。
