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导电膜曝气微生物燃料电池(EAM-MFC)将膜曝气生物反应器(MABR)与微生物燃料电池(MFC)耦合,是一种新型的废水脱氮和能源回收工艺,但是其脱氮效果通常会受到氧气的限制。本研究以生物阴极的反硝化过程为切入点,通过控制不同氧浓度,在分析单反硝化过程的脱氮性能、评估有效电子利用效率、探究生物种群在反硝化生物膜中的演替规律的基础上,揭开了双电子受体EAM生物阴极反硝化机理,进而优化了EAM-MFC阴极同步硝化反硝化(SND)过程的供氧浓度。在EAM-MFC反硝化生物阴极脱氮过程,电化学分析表明,在无曝气时反硝化和有效电子利用效率基本接近100%。控制不同的氧浓度,反硝化效率随着氧浓度的增加而减小,在0.15mg/L表现出80.07%的最佳脱氮效果,同时反硝化电子利用效率达到最大为76.33%,表明低供氧条件下N03-N 比氧气优先使用阴极电极电子。16S rRNA高通量测序显示,增大氧浓度,TM7和Psedomonas等反硝化菌属被Thauera和Bacteraides等菌属主要的氧还原细菌代替。荧光原位杂交杂交(FISH)表明,功能型微生物菌群随着氧浓度的改变,在生物膜分布位置发生了演替。0.15mg/L氧浓度时达到最大的反硝化电子效率和脱氮效果的内在原因在于低氧浓度条件下反硝化菌属生长在EAM电极的碳纤维表面,生物膜与EAM电极的相对位置决定了单反硝化阴极电子分配规律。在EAM-MFC阴极SND过程,电化学分析表明,随着氧浓度的增加,NH3-N的去除效率逐渐增大,氧浓度为0.45mg/L时达到最大78.43%,但TN去除率呈现出先增加后减小的趋势,在氧浓度0.30mg/L时达到最优62.43%的脱氮效果,此时的有效电子利用效率达到最高为80.68%。生物菌群分析表明,在0.30mg/L最优曝气条件下,Nitrosomonas、Nitrosococcus和Nitrosospira等AOB菌属的相对丰富度高于Sphingomonas、Bcidovorax和Bacteroides等氧还原菌属。与单阴极反硝化相比,氧气参与氨氧化过程是改变阴极电子分配规律主要原因。本研究为削弱氧气在双电子受体生物阴极的电子竞争作用,进一步阐明EAM-MFC阴极SND机制提供了理论依据。