【摘 要】
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人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）是人工湿地和生物电化学技术的有机结合。该耦合技术在污染物的去除和产电性能方面,相辅相成,相互促进。CW-MFC阳极材料的选择一直是研究的重点,本文将黄铁矿作为CW-MFC系统的阳极材料,从污染物去除和产电性能两方面着手,探究黄铁矿如何促进CW-MFC系统污染物去除效果和产电性能的提升,主要研究内容和结论如下:（1）探究了黄铁矿在人工湿地-微生物燃料电池（CW
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人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）是人工湿地和生物电化学技术的有机结合。该耦合技术在污染物的去除和产电性能方面,相辅相成,相互促进。CW-MFC阳极材料的选择一直是研究的重点,本文将黄铁矿作为CW-MFC系统的阳极材料,从污染物去除和产电性能两方面着手,探究黄铁矿如何促进CW-MFC系统污染物去除效果和产电性能的提升,主要研究内容和结论如下:（1）探究了黄铁矿在人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）中污染物去除以及产电方面的影响,通过构建一个实验组和两个对照组:黄铁矿人工湿地-微生物燃料电池（PCW-MFC）、活性炭人工湿地-微生物燃料电池（ACW-MFC）、黄铁矿人工湿地（PCW）。研究结果表明:在COD、NH4+-N、NO3--N、TP去除效果方面,PCW-MFC都拥有相较于对照组更好的去除效果,PCW-MFC对于COD的平均去除率为88.79±0.95%,对于NH4+-N的平均去除率为80.39±0.75%,对于NO3--N的平均去除率为89.43±0.76%,对于TP的平均去除率为60.49±1.39%;在产电方面,PCW-MFC系统的产电性能也高于ACW-MFC系统,PCW-MFC最大输出电压为0.478 V,最大输出功率密度为123.16 m W/m~3,系统内阻为376.89Ω,库伦效率为1.23%。（2）深入研究了不同影响因素对于CW-MFC的影响,通过研究不同HRT和进水COD浓度对系统COD、NH4+-N、NO3--N、TP的去除率以及电压与功率密度的影响规律,确定系统最佳运行条件。结果表明:延长系统的HRT,可以显著提高系统去除COD、NO3--N和TP的效果,但是随着HRT的延长,虽然输出电压有所提高,但功率密度反而有所下降,说明HRT延长会降低系统生物电的转化率,在HRT为24h时,系统功率密度达到最大;过高的进水COD浓度会抑制系统COD、NH4+-N的去除,同时也会导致系统输出电压和功率密度下降,系统在进水COD为200 mg/L时,性能达到最佳。所以研究表明系统最佳进水COD浓度为200 mg/L,最佳HRT为24 h,在此条件下,系统运行效果达到最好。（3）通过SEM和XRD表征分析可以看出,黄铁矿可以与系统中的磷酸盐产生沉淀,提升系统对于磷的去除效果。而活性炭主要靠自身的吸附效果去除磷,没有与磷酸盐形成沉淀。这也是PCW-MFC系统除磷效果更好的主要原因。借助高通量测序技术,揭示了三个系统运行过程中内部微生物的结构特点和差异性,研究结果表明:以黄铁矿作为系统阳极材料可以刺激系统内部微生物增长,提高系统微生物的丰度和多样性。在门水平下,PCW-MFC阳极层中与产电相关的变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）的丰度都要高于ACW-MFC和PCW。与反硝化相关的绿弯菌门（Chloroflexi）在PCW-MFC阳极层中的丰度同样更高。PCW-MFC阴极层中与产电和反硝化相关的变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度要高于ACW-MFC和PC W。在属水平上,PCW-MFC阳极层中与产电相关的土杆菌属（Geobacter）在PCW-MFC系统阳极层中丰度更高,与反硝化和除磷相关的脱氯单胞菌（Dechloromonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、硫杆菌属（Thiobacillus）在PCW-MFC系统阳极层中同样有着更高的丰度。PCW-MFC阴极层中的硫杆菌属（Thiobacillus）、脱氯单胞菌（Dechloromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）的丰度都要高于ACW-MFC和PC W。与产甲烷相关的Methanobacterium在PCW-MFC阴极层的相对丰度更低。图[42]表[11]参[146]
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