一、引言

隨著養殖業與食品加工業的快速發展，高氨氮廢水排放問題日益突出。傳統硝化-反硝化工藝存在能耗高、碳源依賴性強等問題，而生物電化學系統（Bioelectrochemical System, BES）通過耦合微生物代謝與電化學過程，實現低能耗、低碳源條件下的高效脫氮，成為近年來的研究熱點。

二、技術原理與脫氮機制

BES系統由陽極、陰極、質子交換膜及微生物群落組成：

陽極反應：產電菌氧化有機物釋放電子；

電子傳遞：通過導線形成閉合電路；

陰極反應：硝酸鹽/亞硝酸鹽被還原為N?或NH??。

脫氮途徑主要包括：

直接電化學還原硝酸鹽；

微生物介導的硝酸鹽還原；

電驅動自養反硝化（無需外加碳源）。

三、系統構型與發展現狀

目前主流構型包括：

單室無膜BES；

雙室帶膜BES；

混合式BES（與厭氧消化聯用）；

堆疊式模塊化BES。

四、關鍵性能指標

脫氮效率：可達70–95%，視進水濃度與運行條件而定；

庫倫效率：反映能量轉化效率，一般低于40%；

啟動時間：依賴接種污泥與馴化條件；

抗沖擊負荷能力：優于傳統生化系統。

五、工程應用前景

盡管BES尚處于實驗室與小試階段，但在以下領域具有潛力：

養殖廢水、食品加工廢水等高氨氮廢水；

農村分散式污水處理；

與MBR、厭氧消化等工藝耦合提升能源回收率。

主要挑戰包括功率密度低、成本高、長期穩定性不足，以及缺乏標準化設計。

六、未來發展方向

篩選高效脫氮菌株并構建基因工程菌；

開發低成本電極材料（如碳氈、石墨烯）；

構建規模化模塊并優化流道設計；

探索BES驅動傳感器或微泵系統，實現智能監測；

結合AI優化控制策略提升系統智能化水平。