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微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂,将燃料中的化学能直接转化为电能的生物反应器。本文利用双室微生物燃料电池,研究亚硝态氮、硝态氮和氨氮分别作为阴极底物时MFC的脱氮产电性能。研究不同运行参数(底物浓度、温度、外电阻和DO等)对MFC脱氮产电性能的影响,通过对亚硝态氮为电子受体时MFC阴极微生物样品进行测定,探讨MFC生物脱氮产电的机理。主要结果如下:(1)研究当亚硝酸盐废水作为阴极底物时,运行参数对MFC的性能的影响。(1)在一定底物浓度范围内,提高亚硝酸盐浓度能够增强MFC的脱氮产电能力;当底物浓度过高时,MFC的脱氮产电能力会减弱。在阴极亚硝态氮进水浓度为100mg/L时,MFC的总氮去除负荷达到最大值0.126kg/(m3·d),同时,功率密度也达到最大值为2.22 W/m3。(2)较低的外电阻有助于提高MFC的脱氮效率;外电阻接近于内阻时,MFC的输出功率达到最大,利于产电。(3)在一定温度范围内,升高温度有助于增强MFC的脱氮产电性能。温度为32℃时,总氮去除负荷达到最大值0.126 kg/(m3·d),功率密度为2.22 A/m3。但温度过高(40℃)会抑制微生物的活性,造成MFC的脱氮产电效率下降。(4)由于阴极室中存在NO2--N还原为NH4+-N的反应,造成阴极的库伦效率较高。(5)试验中阴极室在无氧条件下有大量NO2--N被氧化成NO3--N,其中的氧原子可能来自水(H2O)。(6)NaN3能有效抑制亚硝酸盐的氧化,加入NaN3后TN去除负荷增大为0.136 kg/(m3·d),而功率密度有所较低为1.00 A/m3。NaN3的加入也抑制了N2O还原酶活性,导致了N2O的积累,未将N2O还原为N2,因此,使得电流密度和功率密度下降。(2)研究当亚硝酸盐废水作为阴极底物时,分析阴极室内微生物的功能特征。(1)以亚硝酸盐为底物的MFC占优势的菌种主要为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacterium)。其中变形菌门菌群所占比重最大(50.39%),其次为拟杆菌门(11.94%)。(2)Thauera,Ignavibacterium和Bacillus均具有反硝化功能,在MFC亚硝酸盐进行反硝化过程中发挥作用。(3)研究分别以NO3-、NO2-、NO3-与NO2-的混合物作为MFC阴极底物时的脱氮与产电情况。三种不同电子受体产生的电流密度与功率密度略有不同;而TN的去除负荷却相差较大。当NO3-作为电子受体时,功率密度出现最大值为6.46 W/m3,当NO2-作为电子受体时,TN的去除负荷出现最大值0.126 kg/(m3·d)。COD加入阴极室能减小NO2-的积累,TN的去除负荷升高至0.157 kg/(m3·d),但是产电性能严重降低了,功率密度下降至0.43 W/m3。这是由于COD的加入,使阴极大量TN由非电极反硝化去除。研究氨氮废水作为MFC阴极底物时,成功启动同步硝化反硝化和不同DO浓度下MFC的脱氮与产电情况,。MFC同步硝化反硝化的最佳DO浓度比较高,为1.87mg/L。TN的去除负荷达到最大为0.074 kg/(m3·d),输出功率密度为4.44 W/m3。DO浓度过高或过低时,MFC脱氮TN的去除负荷较低。