微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是一种利用微生物的催化作用，将燃料中的化学能转化为电能的电化学装置，它可以在高效处理废水的同时产生电能，因此具有广阔的发展前景。本文从以下方面对含氮杂环芳烃类难降解有机物的MFC的降解及产电特性进行研究：　　 首先，通过构建单电极、四电极上下式MFC以及填料型MFC，对其利用喹啉和葡萄糖为混合燃料时喹啉产电可行性以及产电特性区别进行了比较研究。试验结果表明，三种类型的MFC均能以喹啉和葡萄糖为混合燃料进行产电。当以等浓度500mg/L喹啉和500mg/L葡萄糖作为混合燃料时这三种类型的MFC的最大输出电压分别为426mV、700mV、499mV；按照阳极截面积计算的最大功率密度分别为69.9 mW/m2、105.6 mW/m2、153.7 mW/m2；按照阳极室有效体积计算的最大功率密度分别为0.31 W/m3、2.4 W/m3、22.7 W/m3。单电极、四电极上下式MFC的内阻分别为890Ω和177Ω，填料型MFC的内阻为481Ω。可见，填料型MFC具有更高的功率密度，因此后续的相关实验采用填料型双室MFC进行相关实验。　　 填料型MFC以500mg/L喹啉和不同浓度葡萄糖为燃料时，其产电性能随着葡萄糖浓度的降低而降低，表明葡萄糖可以减轻喹啉对产电细菌的抑制作用。周期结束时，MFC均可以实现对喹啉的完全去除。当葡萄糖浓度由500 mg/L降低至100mg/L时，最大输出电压由558 mV降低至328 mV；最大体积功率密度由35 W/m3降低至12 W/m3；喹啉实现完全降解的时间由6 h延长至72 h。MFC闭路条件下对喹啉的降解速率高于开路厌氧条件下的喹啉降解速率约10％。喹啉作为一种有毒难降解有机物，在初始阶段MFC不能以纯喹啉进行产电，经过六个月与葡萄糖共基质条件下的驯化，MFC能够以200 mg/L喹啉为单一燃料进行产电，最高输出电压145mV，最大体积功率密度2.7 W/m3(10.9A/m3)，最大面积功率密度16.4mW/m2(12.0A/m2)。9小时内，喹啉完全去除。喹啉在MFC中的代谢途径大致为：首先在2位发生羟基化，生成为2-羟基喹啉，然后在在偏酸性条件下吡啶环氧化开环，通过蒽醌或者苯同系物的一系列反应，最后生成苯酚，苯酚最后被完全降解为CO2。这是首次对喹啉在MFC中的降解途径进行报道。结果表明，MFC可以以喹啉为单一燃料进行产电，同时可加快喹啉的降解速率。在以喹啉和葡萄糖共基质为燃料时，我们发现“共产电”现象，即等量喹啉和葡萄糖为混合燃料时的产电量大于单一的喹啉和葡萄糖分别作为燃料时的产电量之和。　　 从稳定运行了210天，以200 mg/L喹啉为燃料的混合菌MFC阳极室中分离到一株产电菌株Q1，该菌株为革兰氏阴性菌。对菌株Q1的16S rRNA进行PCR扩增并对扩增DNA测序显示该菌株的16S rRNA序列与Pseudomonas citronellolis DSM50332T的同源性为96.9％，故该菌株最有可能为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。以喹啉和葡萄糖为混合燃料探讨产电菌株Q1的实验中发现，本试验所用浓度范围内，增加葡萄糖浓度，菌株Q1的最高输出电压增大；增加喹啉浓度，菌株Q1的产电性能降低。研究表明，菌株Q1获得的库仑量和库仑效率达到最高时(分别为18.65C和36.56％)，存在一个最佳喹啉与葡萄糖浓度比1∶3。根据循环伏安法(CV)的测定结果，该菌株的电子传递机制可能是通过自身分泌的电子传递介体进行。　　 吡啶也是一种广泛存在于焦化废水中的难降解有机物，因此我们同时选取吡啶考察其在MFC中的产电和降解特性。经过60天与葡萄糖共基质的驯化，MFC能够以500mg/L吡啶为单一燃料进行产电，获得的最高电压为116mV，最大体积功率密度为1.7W/m3(14.5mA/m3)，对应的最大面积功率密度为7.5 mW/m2(64.0mA/m2)。吡啶在12小时之内利用MFC降解完毕，COD的去除率超过79％。在MFC中，经过三个月的驯化之后，单一吡啶为燃料时的吡啶降解速率比驯化之前添加葡萄糖的情况更高。CV测定结果也表明，驯化的过程也是产电细菌活性增强的过程。本文首次对吡啶在MFC中的代谢途径进行了探讨，其可能的途径为：始于C2和N直接的开环，随后降解为戊二醛，之后被氧化为戊二酸，然后完全被微生物利用矿化为二氧化碳。　　 通过PCR-DGGE对不同底物条件下的阳极微生物菌落分析结果表明，随着底物的改变，阳极微生物菌落结构也在改变。与葡萄糖共基质相比，以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变。新增加一类菌，这类菌与Pseudomonas sp.DIC5RS的同源性为100％，推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用。而与葡萄糖共基质或单一吡啶条件下微生物菌落变化不大。