【摘 要】
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污水中多种污染物(如有机碳、无机碳、多种重金属)的共存,对水处理技术提出了更高的要求。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs),特别是电活性催化的生物阴极MFCs具有去除不同类型污染物的作用。本研究以一株电化学活性菌Serratia marcescens YS3作为MFCs阴极的生物催化剂,探究其在单一有机碳(葡萄糖)、单一无机碳(HCO3-)和混合碳源条件下的Cr(V
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污水中多种污染物(如有机碳、无机碳、多种重金属)的共存,对水处理技术提出了更高的要求。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs),特别是电活性催化的生物阴极MFCs具有去除不同类型污染物的作用。本研究以一株电化学活性菌Serratia marcescens YS3作为MFCs阴极的生物催化剂,探究其在单一有机碳(葡萄糖)、单一无机碳(HCO3-)和混合碳源条件下的Cr(VI)去除性能。基于胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的含量及组分分析,探讨不同碳源条件下YS3菌去除Cr(VI)的作用机制。在此基础上,开展了生物阴极MFC对Cr(VI)和Cu(Ⅱ)共存去除的研究,探讨不同碳源条件下的YS3菌去除重金属性能,通过电化学表征和EPS含量及组分分析,为生物阴极MFCs处理成分复杂的实际废水的可行性提供初步的理论依据。主要研究内容和结果如下:(1)当Cr(VI)初始浓度为20 mg/L时,有机碳源(葡萄糖)条件下,Cr(VI)去除率为77.7±2.1%,无机碳源(HCO3-)条件下,Cr(VI)去除率为65.8±1.4%,混合碳源(葡萄糖:HCO3-中碳摩尔浓度比为1:1)条件下,Cr(VI)去除率为85.6±1.1%。(2)混合碳源条件下,Cr(VI)和Cu(Ⅱ)共存且初始浓度均为5 mg/L的MFCs中,Cr(VI)去除率为98.2±0.9%,Cu(Ⅱ)去除率为68.6±3.7%,电流为0.27±0.03 m A,分别是Cr(VI)初始浓度为5 mg/L和Cu(Ⅱ)初始浓度为5 mg/L系统金属去除的1.1、0.8倍,是系统产生电流的1.1、1.2倍。表明Cr(VI)和Cu(Ⅱ)共存会改变了生物阴极MFCs的性能。(3)EPS分析表明,不同碳源系统产生的胞外蛋白在去除Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)过程起主要作用。混合碳源系统和单独碳源系统相比,S.marcescens YS3分泌更多的EPS。三维荧光光谱分析发现,不同碳源条件下,YS3分泌的EPS主要由4种组分构成,但各组分区域的荧光强度和占比不同,表明碳源会影响EPS参与Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)的还原过程机制。
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