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微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)技术具有清洁环保,无需能量输入等优异特点,这使得该技术在废水处理领域有着广阔的应用前景。有机酸发酵废水是一种颜色深、有机物含量高、成分复杂的工业废水,具有较强的污染性。为了探索可持续且有效的有机酸发酵废水处理方法,本研究首次尝试使用微生物燃料电池技术对该废水进行降解研究。首先以合成营养培养基为阳极液接种有机酸发酵废水筛选到产电菌群,然后以筛选得到的产电菌群为阳极产电微生物接入阳极室的培养基中构建MFC(DW-MFC),同时以原始废水直接作阳极室燃料构建另一种MFC(RW-MFC)。两种不同接种处理方案的MFC系统放电数据分析表明,与DW-MFC相比,直接接种废水的RW-MFC不仅显示出更高的功率密度(543.75mW m-2)和库仑效率(22.10%),而且有着更好的有机物降解效率。在RW-MFC产电后期,化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、总氮(Total nitrogen,TN)及氨氮(Ammonia nitrogen,NH4+-N)的去除率分别达到75.59%、76.15%和83.23%,以上指标均符合中国相关废水排放标准的要求。综合实验结果表明,RW-MFC是一种无需进行任何预处理便可持续地处理有机酸发酵废水的技术。控制MFC放电能力至关重要的因素是阳极产电微生物菌群。比较发现RW-MFC和DW-MFC两种MFC系统的产电效应和有机物降解能力差异很大,为了更好地清楚造成这种差异的原因,优化阳极微生物菌群,接下来的实验对RW-MFC和DW-MFC的阳极产电微生物菌群进行深入研究。在产电稳定期对这两种MFC系统的阳极微生物菌群进行序列分析,结果显示RW-MFC的阳极微生物菌群与原始废水的菌群结构更为接近,菌群丰富度更高,其中Saprospiraceae和Caldilineaceae等细菌可能是该体系进行有效放电的关键。同时,在RW-MFC系统放电研究的基础上,收集产电稳定期的阳极微生物菌群,分别接种在阳极液为原始有机酸发酵废水和高温高压灭菌后的有机酸发酵废水中进行MFC放电实验,探究该菌群作为MFC接种物的放电情况。研究表明原始废水作阳极液的MFC系统延迟期短,最大功率密度高(737.23 mW m-2),库伦效率提升明显(38.78%)。此外,在高温高压灭菌后的有机酸发酵废水作阳极液时,MFC系统同样表现出优良的放电现象。以上结果表明,阳极产电微生物的不同是导致RW-MFC和DW-MFC两种MFC系统性能差异的原因,而RW-MFC产电稳定期的阳极菌群作为MFC处理废水的接种物具有较好的应用潜力。为了了解整个放电过程阳极微生物菌群的变化情况,对产电后期RW-MFC系统的阳极微生物菌群进行了序列分析。与原始废水相比,RW-MFC阳极微生物菌群在门分类水平上的丰富度大大减少,其中最主要的是厚壁菌门(Firmicutes),约占整体的90%以上;在属分类水平上观察到脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)约占整个菌群60%以上。根据RW-MFC系统在产电后期仍然保持100 mV左右的放电能力,推测Alicyclobacillus为产电微生物。利用酸性芽孢杆菌培养基(BAM)成功将其分离并进行分子生物学鉴定,并命名为Alicyclobacillus hesperidum NS。接着将Alicyclobacillus hesperidum NS作为接种物进行MFC放电实验,阳极液分别选择BAM营养培养基和高温高压灭菌后的有机酸发酵废水。两种处理方案的MFC系统都表现出较长的稳定放电时间,其中以高温高压灭菌后废水为阳极液的体系能达到441.00 mV左右的放电电压,以上结果验证了 Alicyclobacillus hesperidum NS是一株新型产电微生物的事实。综合分析实验结果表明,利用MFC直接处理有机酸发酵废水既能实现对COD等污染物的有效降解,处理后的废水在有机物排放要求上达到相应的国家标准;又能持续高效地产生清洁能源电能,使整个处理过程实现了可持续降解有机酸发酵废水的要求。另外,从RW-MFC系统中收集到的稳定放电菌群作MFC处理废水的接种物时放电效率高,具有一定的应用潜力;而新型产电微生物Alicyclobacillus hesperidum NS的发现也将进一步扩宽产电微生物的研究领域,以上结果都会对MFC领域的研究产生一定的指导意义。