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以雙槽式微生物燃料電池陰極處理含高濃度心血管用藥及抗生素廢水之研究

為了解決RO MVP的問題，作者吳秉學 這樣論述：

作為一項能源回收技術，微生物燃料電池從被發現、推廣、應用至今，已經有數十年的歷史，其中也衍伸出許多改型，除了功率密度較高的單槽式和微型燃料電池之外，傳統的雙槽式微生物燃料電池之陰極，亦被開發用於製造有價產物，這類微生物燃料電池，能在陽極馴養微生物，並透過調整電阻以及控制陰極的反應條件等方式，在陰極產生出諸如甲烷、氫氣或過氧化氫等物質，其中過氧化氫能用於Fenton反應，降解生物難分解性物質，也可利用此過程中的pH值上升，驅動鹼熱水解反應，進行抗生素降解。這些處理程序，具有能應對近年生物處理所面臨幾項挑戰的潛力，包括：能源回收、生物難降解性物質以及抗藥性基因擴散等，值得進行深入探討。本研究分為

兩個項目，第一個項目為電Fenton實驗，將測試各種不同電極材料之雙氧水產率，並以此驅動電Fenton反應，降解生物難降解性藥品，如美托洛爾。第二個項目為鹼性環境加熱水解，側重於鹼的利用，在生成雙氧水的過程中，會消耗大量的陰極的氫離子，導致pH值大幅升高，可能抑制Fenton反應的進行，因此對於能通過鹼熱水解反應降解之污染物－例如四環素，可利用陰極的鹼性環境，達到處理的效果，降低操作過程中的鹼添加。電Fenton實驗，於陽極使用含磷酸鹽緩衝溶液的模擬污水並以葡萄糖混合溶液作為碳源，在陰極則以pH調整至3之Na2SO4作為電解質，本研究測試了低比表面積的板狀材料石墨棒與鋼板、高比表面積的活性碳塗

佈電極與奈米碳管塗佈電極、具有催化性的TiO2電極、以及同時具有高比表面積與催化性的氧化錳碳氣凝膠電極，研究發現催化性材料與其他材料，具有不同的反應趨勢，且同時具有催化性與高比表面積的氧化錳碳氣凝膠，其雙氧水產率達到石墨棒的15倍以上。以碳氣凝膠電極，進行以微生物燃料電池驅動的電Fenton反應，可在120 min內將125 mg L-1之美托洛爾去除60%以上。鹼性環境加熱水解實驗，則在陰極加入100 mg L-1之四環素，並測試石墨與碳氣凝膠電極在開路、閉路或無電極狀態之下，於25、35、45、55 ℃，對四環素的去除效能。因為pH值的上升，所有閉路槽之四環素降解速率都優於開路槽。且溫度增

加會使四環素的半衰期大幅縮短。TOC的分析則發現，不論開路或閉路槽都並未發生顯著的TOC去除，暗示四環素被轉化成二次產物。高解析度質譜儀指出，透過鹼熱水解反應，四環素的官能基群已經發生變化，可能會導致其抗菌毒性降低。而透過微生物毒性測試的驗證，經過陰極槽反應的四環素抗菌活性已經降低。研究結果顯示透過微生物燃料電池驅動鹼熱水解反應，可以有效的對含高濃度四環素的污水進行預處理，降低其抗菌活性，減少後續生物處理中，抗藥性基因出現的風險。