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微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是利用产电微生物为阳极催化剂,将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的装置。MFC在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。当MFC以高盐废水为基质进行产电和废水净化耦合运行时,高盐可以提高溶液的电导率,从而减小MFC的内阻,有利于MFC的产电;但是高盐同时也会抑制微生物的生长代谢,导致MFC的产电性能和废水净化功能的下降。因此,高盐下MFC产电与废水净化耦合技术,亟需解决高盐对电极微生物生长代谢的抑制问题。本文欲将盐单胞菌(Halomonas)的耐盐及耐盐协助功能和同步硝化反硝化(SND)脱氮功能整合至MFC中,构建一种“耐盐性生成-传递-获得”体系,提高MFC电极微生物的耐盐性,强化高盐下产电效率与SND脱氮效率。本文通过添加1g/LCaCl2,促进了 MFC阳极上微生物的聚集,加快了生物膜的成熟,大大缩短了 MFC的启动周期。通过将两极单室MFC(Common MFC)中NaCl浓度从0分别增加至15、30、45和60 g/L,稳定期内的平均电压分别降低了 5.6%、37.1%、45.9%、52.7%,验证了高盐会抑制微生物活性,明显降低MFC的产电效率。筛选出了用于强化MFC高盐产电和脱氮性能的菌株Halomonas alkaliphila DSM 16354T,该菌株同时具有较高的ectoine分泌率(82.0%)和较强的SND脱氮能力(96.7%)。根据TTC-脱氢酶活性测定结果选择以100 g/L聚乙烯醇和7.5 g/L海藻酸钠配比制备固定化细胞载体,通过在Common MFC中设置一个固定化细胞相,构建一种三相单室MFC(TP-MFC)。根据MFC的内阻变化和功率密度曲线结果,表征了固定化小球的添加量对TP-MFC产电的影响。当NaCl浓度由0提高至30 g/L时,TP-MFC的电压恢复速度比Common MFC显著加快,稳定期的平均电压为439.3 mV,比Common MFC提高了 55.2%。在运行72 h时,TP-MFC的脱氮率为63.4%,比Common MFC提高了17.6%。考察了碳氮比对高盐下TP-MFC产电的影响,结果表明在所考察的碳氮比为0.25:1至5:1范围内,TP-MFC的电压稳定期随碳氮比的增加而延长。分别对Common MFC和TP-MFC进行了 16S rRNA多样性分析,结果显示,固定化Halomonas细胞的加入,使TP-MFC阳极菌群中Pseudomonas、Acinetobacter和Alcalienes等产电菌及Halomonas的相对丰度获得提高,表明Halomonas菌株在高盐基质条件下具有良好的生长适应性,同时表明,固定化Halomonas分泌的ectoine在高盐环境下对阳极产电微生物提供了良好的耐盐协助作用。基于Illumina平台的代谢功能分析显示,TP-MFC的生物降解和代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢功能得到显著增强,表明TP-MFC由于固定化Halomonas的耐盐协助,显著地促进了微生物群体的代谢活性,更有利于提高产电和脱氮效率。本文首次构建了基于固定化Halomonas的TP-MFC,截至目前未见报道,这是一种新颖、便捷、高效的提升高盐下MFC产电与脱氮性能的技术,在以高盐废水为基质的MFC产电和净化耦合技术的理论和应用中具有重要意义。