电催化-生物电化学耦合系统处理青霉素废水的机制

抗生素生产过程中产生大量含有残存抗生素的生产废水,传统的污水生物处理技术难以有效地处理此类高浓度抗生素废水.针对此问题,采用电催化-生物电化学耦合系统来处理含有典型的β-内酰胺类抗生素青霉素的废水,利用硼掺杂金刚石（boron-doped diamond,BDD）电催化电极对青霉素废水进行预处理,其出水进入生物电化学系统（bioelectrochemical system,BES）进行后处理.研究发现,经电催化系统预处理后青霉素的去除率为89%,出水进入BES后可以稳定运行,该出水中又有79%的青霉素被BES去除,获得最大功率密度为（1124±28）mW·m^-2,与直接进青霉素原始废水的BES反应器相比提高了473%.经过电催化-生物电化学两级耦合系统处理后青霉素的总去除率达到98%.对BES反应器阳极生物量和生物相分析结果表明,青霉素对阳极混合菌群生物量和变形菌门微生物（主要产电菌）有一定的抑制作用,且会降低形成阳极生物膜的主要微生物不动杆菌属Acinetobacter和具有产电功能芽孢杆菌属Bacillus在反应器中含量,这是影响反应器产电性能和处理效果的主要原因.青霉素废水经电催化降解后,浓度明显降低,有效缓解了青霉素对BES的抑制作用,提高废水的可生化性,因此电催化-生物电化学耦合系统是一种高效低能耗处理抗生素废水的新工艺.