反硝化电活性菌的微量热分析与分离研究

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目前,解决环境污染问题与探索新能源是人们关注的两大焦点问题。微生物燃料电池(MFC)提供了一种处理污水的新技术,可以在脱氮除硫的同时回收电能。微生物在废水污染物的去除中扮演着重要的角色,反硝化电活性菌的活性不仅是硝氮去除效率的影响因素,还是反硝化除硫MFC性能的限制因素。本研究通过微量热试验分析不同阴极电势下反硝化电活性菌的生长特性与代谢活性。采用基于恒电位的稀释倍数法从反硝化除硫MFC中分离反硝化电活性菌。此外在反硝化除硫MFC中,探究了不同阴极进水pH对MFC污染物去除性能及产电性能的影响,侧面反映出反硝化电活性菌活性对MFC性能的影响。具体得出结论如下:(1)微量热参数可用于反映反硝化电活性菌的生长代谢特性。反硝化电活性菌在阴极电势为-150mV时代谢活性最佳,比代谢速率达到最大值(3.30±0.22)×10-10mgNO3--N/min/个,此时反硝化电活性菌的生长速率常数为(4.20±0.51)×10-3min-1。(2)阴极电势为250mV时,反硝化过程的限速步骤为亚硝氮转化为气态氮。此时电活性菌反硝化过程发生明显的分步反应,第一步由硝氮转化为亚硝氮,第二步由亚硝氮转化为气态氮,第一步反应中优势菌的生长速率常数((5.53±1.15)×10-3min-1)大于第二步中优势菌的生长速率常数((1.75±0.35)×10-3min-1)。(3)Pseudomonas为反硝化电活性菌的优势种属。直接分离方案中,经过2次分离,Pseudomonas在微生物群落中相对丰度达到65.77%;富集-分离方案中,经过2次分离,Pseudomonas在微生物群落中相对丰度达到77.02%。(4)恒电位培养环境下对阴极施加的电势影响最终分离出的反硝化菌种类。直接分离方案和富集-分离方案中,筛选出的Pseudomonas中反硝化电活性菌优势种相同,均与NR114751.1与NR103934.2有很高相似性。(5)MFC外阻设为极限电流密度处的电阻值时,阴极pH为6,MFC污染物去除效果最好。相应的总氮去除负荷为11.9±0.3gN/(m3·d),气态氮的生成率为40.7±0.6%,硫化物去除负荷与硫酸根生成率分别达到最大值0.145±0.002kgS/(m3·d)和71.5±1.4%。MFC外阻等于内阻时,在pH为8时周期电荷量达到最大值424.4±0.2 C。
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