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当今世界能源危机的加剧和水污染问题急待解决,迫使人们不断寻求更为经济节能的新型废水处理技术。微生物燃料电池(MFC)利用微生物作为催化剂氧化分解有机化合物,同时产生电流,将有机物中的化学能转化为电能,是近年来被国际环保和能源界重点关注的新兴技术。以往的研究大多是基于易生物降解燃料,其特殊环境对于难降解有机物的降解尚不清楚,为此,本文尝试以易降解有机物作为共基质,探索MFC对偶氮染料的脱色与产电,为开发一种新型MFC降解偶氮染料废水技术途经提供基础依据。本文构建了空气阴极单室型微生物燃料电池,以刚果红(Congo red)为特征污染物,系统考察了以共基质刚果红为燃料的同步脱色与产电的特性与影响因素;分析共基质下MFC同步脱色刚果红与产电之间的相互关系;通过对中间产物的分析,揭示了刚果红在MFC中的脱色历程。得到如下主要结果:MFC能够以厌氧和好氧混合污泥作为接种源,在阳极表面逐渐形成活性生物膜,MFC的电压和功率密度逐渐升高直至最大,极化阻抗逐渐减小。MFC成功启动后,阳极表面观察到覆盖率高、生物多样性较丰富的生物膜。共基质下MFC能够对刚果红实现高效脱色,脱色率可达98%以上,以葡萄糖为共基质时脱色速率最高,其次为乙醇、乙酸钠。MFC的输出功率大小顺序为:葡萄糖(103 mW·m-2)>乙酸钠(85.9mW·m-2)>乙醇(63.2mW·m-2)。在本研究应用的MFC体积下(400 ml),72cm2阳极面积较18cm2阳极面积更加有利于刚果红脱色和总体提升MFC产电性能,但随着阳极面积的增大,单位阳极面积产电功率下降,应根据反应器体积的大小选择适合的阳极面积。较高的刚果红初始浓度下MFC脱色速度下降、产电功率降低。但微生物对高浓度偶氮染料具有较好的耐受性,并不会影响其最终的脱色率。随着葡萄糖浓度的增加,刚果红的脱色速率和MFC输出功率密度均相应提高。MFC对刚果红的脱色取决于共基质下微生物的作用。刚果红脱色过程中发生了偶氮双键的断链,且有中间产物生成,MFC阳极厌氧环境对该类物质不能完全降解。根据LC-MS图谱推断出的四种主要降解产物分别为:联苯胺、1,1’-苯基-4,2’’-偶氮-1’’-氨基萘、(1-苯基-(4’-氨基)-1’苯基)-4,2’’-偶氮-1’’-氨基萘和4,7-二氨基萘-1-磺酸盐。较传统厌氧生物脱色法,MFC能显著加速刚果红的脱色和提高脱色率。刚果红的降解使得MFC输出电压下降、产电周期延长,MFC阳极中产电菌和偶氮染料脱色菌之间存在着电子竞争,可通过增加共基质浓度来减轻由电子竞争引起的产电效率下降的负面影响。