论文部分内容阅读
微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种既能产生电能,又能处理污水的新型水处理技术。本研究采用双室MFC,探讨了溶解氧(DO)对双进水MFC和单进水循环流MFC脱氮产电影响,并研究不同运行条件(不同进水NH4+-N浓度、曝气方式、阳极COD浓度和通断路)对系统脱氮产电影响,探究双进水MFC阴极一氧化氮(NO)和氧化亚氮(N2O)产生特征,对双进水MFC阳极和阴极微生物群落进行鉴定,探讨MFC作用机理,获得以下研究结果:(1)考察DO对双进水MFC和单进水循环流MFC脱氮产电影响。(1)双进水MFC和单进水循环流MFC都是随着DO升高氨氮(NH4+-N)去除率上升,双进水MFC总氮(TN)去除率下降,单进水循环流MFC的TN去除率先上升后下降并在DO=2 mg/L时达到最大。在同等DO条件下,单进水循环流MFC阴极存在残余COD消耗部分DO并发生同步硝化异养反硝化,使得NH4+-N去除率低于双进水MFC,而TN去除率高于双进水MFC。(2)随着DO的升高,双进水MFC和单进水循环流MFC产电性能不断升高,但单进水循环流MFC的产电性能在不同DO条件下均小于双进水MFC,这是由于单进水循环流MFC阴极存在COD会与阴极电极电子竞争DO和硝酸盐(NO3--N),使电极电子受体相较于双进水MFC有所减少,从而使其产电性能低于双进水MFC。(2)探究在各个运行模式下(NH4+-N浓度、曝气方式、阳极COD浓度和通断路)MFC的变化特征。(1)提高阴极进水NH4+-N浓度可积累更多的NO2--N抑制N2O还原酶活性使N2O产生量增加,进水NH4+-N浓度为500 mg/L时N2O产生量最大,其值为1.271mg/L,实验过程中三种情况均无NO产生和积累。(2)随着阳极底物浓度下降,电压呈现下降-平稳趋势,阴极DO一直上升,TN去除量减少。(3)断路有利于NH4+-N去除,但不利于反硝化过程。断路运行模式阴极产生大量N2O和少量NO,接通电路后溶解态N2O在初期快速下降并使电压升高20 m V左右,NO和N2O比NO2--N更容易在电极上接受电子完成电极反硝化。(3)(1)阳极室基于门的优势菌群主要为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)。Firmicutes所占比例最大为33.2%。Desulfovibrio、Clostridium、Geobacter和Enterobacter属均为产电菌属且比例之和为8.6%。(2)阴极室基于门的优势菌群主要为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿杆菌门(Chloroflexi)。变形菌门所占比例最大为35.9%。亚硝化菌属有Nitrosomonas,反硝化菌属有Pseudomona、Paracoccu、Arenimona、Truepera、Ignavibacterium、Planctomycetes和Comamonas属。