污水处理系统作为磷的汇集及磷化氢释放的重要场所,其在自然界磷循环中的关键作用逐渐被人们所认识。然而传统污水处理系统中磷化氢的产生效率十分有限,磷化氢的产生机制尚不清楚,通过气化形式实现污水处理中磷的回收仍然面临巨大挑战。因此,研究强化污水处理中磷化氢产生的技术方法,对于污水磷资源化处理工艺方法的开发和应用具有重要意义。本研究利用猪粪和厌氧污泥构建了生物阴极微生物电化学系统,通过强化微生物电子转移条件,研究提高污水处理中磷化氢产生效率的可行性,考查了系统运行期间不同阴极电位、不同磷形态、碱性磷酸酶、脱氢酶活性及其他运行及环境条件(pH、HRT、温度)变化对磷化氢产生效率的影响。同时,运用Illimina MiSeq高通量测序技术从微观上分析微生物菌群结构变化与产磷化氢效能的内在联系。主要研究成果如下:1.生物阴极在不同电位条件下的磷化氢产量比对照组提高了125~500%,其中,在-0.6 V阴极电位条件下,磷化氢的浓度高达1103.10±72.02 ng m-3,但整个过程受到产甲烷菌的限制,产甲烷菌和产磷化氢微生物之间可能存在电子的竞争性利用。氢气的含量伴随着磷化氢的产生轻微增高,但总体含量仍然小于10%。2.无机磷培养模式下的磷化氢的产量总体高于有机磷模式,并且两种运行模式下的磷化氢产量和碱性磷酸酶活性皆随阴极电位降低呈现先增高后降低的趋势,进一步证实了磷化氢的产生与电位条件变化之间存在潜在响应机制,且无机磷是磷化氢产生的更可利用形式。3.磷化氢的产生和工作电极上的电流大小有一定联系,体系电流密度越大,磷化氢产生量越高,但阴极库伦效率较低,仅为0.0008~0.0012‰。微生物直接利用电子生成磷化氢的可能性极低,电化学条件下微生物生成磷化氢的机制还需进一步探讨。4.适当增加水力停留时间可以获得较高的磷化氢产量,但过长的停留时间不利于磷化氢的进一步累积,且容易造成电能的浪费;温度对微生物生成磷化氢有一定影响,在中温发酵温度区间能获得较高的磷化氢产量,其中最适温度为35℃;中性及偏酸性条件更有利于磷化氢产生,过高的pH易使一部分磷沉淀到菌胶团表面,从而影响微生物活性并最终影响磷化氢产量。5.以最优培养条件连续运行两个平行反应器,96 d后反应器中的微生物多样性均出现明显减少,但测序结果显示强化磷转化电位有利于β-变形菌纲和δ-变形菌纲等电化学活性微生物生长,和反应器中电流的产生有极为密切联系;梭菌属、Dechloromonas等文献报道中已知的产磷化氢菌属和聚磷微生物,也在一定程度上得到富集。而Kouleothrix、硫发菌属、出芽菌属则受到明显抑制。但这些优势菌群的变化如何参与、控制磷化氢产生的关键过程机制还有待进一步研究。