论文部分内容阅读
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种生物电化学反应器,它利用微生物作为生物催化剂,将存储在有机和无机底物中的化学能直接转化为电能。MFC在废水资源化处理方面具有广阔的应用前景。目前该领域的研究主要存在以下问题:高盐抑制微生物生长代谢活性;高盐下传统的硝化和反硝化两阶段脱氮效率低下。上述理论和技术问题导致高盐含氮废水的MFC产电与脱氮效率低下,限制了该技术的开发应用。利用中度嗜盐菌进行海水基质的MFC产电与脱氮耦合运行研究,具有重要的理论意义和实际意义。本文首先从七株盐单胞菌（Halomonas）属中筛选出一株在30.0 g/L Na Cl下生长量和产电量均最高Halomonas sp.B01菌株作为后续MFC阳极产电微生物。以Halomonas sp.B01海水基质运行MFC,海水基质的最大输出电压为235 m V,最大功率密度为17.1m W/m~2,较淡水基质分别提高了45.1%和65.5%。对Halomonas sp.B01海水基质MFC产电条件进行优化,优化的MFC产电条件是:30℃、p H 8、腐殖酸为外源电子载体。在优化条件下,MFC的最大输出电压是350 m V,平均输出电压是332 m V,最大功率密度是24.5 m W/m~2,较优化前分别提高了48.9%、132.2%和42.8%。再对Halomonas sp.B01同步硝化反硝化（SND）脱氮条件进行优化,优化的条件是:柠檬酸三钠为有机碳源,C/N为5,p H为8,Na Cl浓度为30.0 g/L。在优化条件下,初始NH4+-N浓度为1060.0mg/L,SND脱氮144 h,残余氮浓度为132.5 mg/L,脱氮率为92.1%。之后在单室MFC中分别考察阳极和阴极微生物菌膜在硝化和反硝化中的功能,籍此揭示同步异养硝化好氧反硝化菌株Halomonas sp.B01在单室MFC中的脱氮方式,再从酶学和分子生物学水平揭示该菌株的脱氮机理。最后将嗜盐菌株Halomonas sp.B01作为MFC产电细菌,用海水制备模拟含氮废水,进行MFC产电与脱氮耦合运行研究,耦合运行的最大产电量为235 m V,最大功率密度为24.2 W/m~2,最大脱氮率为93.8%,证明了海水基质MFC产电的同时具备良好的脱氮性能。本文首次利用Halomonas耦合运行海水基质产电与脱氮MFC,并从MFC脱氮方式、酶学和分子生物学揭示MFC SND脱氮机理,为MFC海水基质产电与脱氮耦合运行提供理论和方法支持。