以膜曝氣生物膜反應器為陰極的微生物燃料電池脫氮研究.pdf

1、膜曝氣生物膜反應器(MABR)是具有同步硝化反硝化特性的新型脫氮工藝，而微生物燃料電池(MFC)在處理污水的同時可以獲得清潔的電能，針對MABR脫氮過程中的反硝化進程不易控制且效率不高的問題，本研究提出了一種以導電膜曝氣生物膜反應器作為微生物燃料電池的陰極，其是將MABR和MFC結合的新型脫氮工藝，該工藝在將陽極室廢水中的有機物質轉化為電能的同時，通過外電路將電子送至陰極導電膜纖維，為陰極反硝化過程外供電子，以促進MABR的脫氮能力。本

2、文基于MABR-MFC耦合系統(tǒng)，研究了耦合系統(tǒng)在啟動階段的脫氮除碳效果和產電性能，并比較了啟動前后微生物群落變化。為實現(xiàn)優(yōu)良的污水處理效果和產電性能，詳細分析了氮負荷、碳氮比以及外電阻對該系統(tǒng)陰極室的處理效果和產電性能的影響，以確定該耦合系統(tǒng)運行的最佳操作參數(shù)，并在此基礎上通過MFC的開路與閉路切換，研究陽極產生電子對陰極室處理效果的影響。
　　研究表明，MABR-MFC耦合系統(tǒng)啟動期耗時30天，穩(wěn)定后輸出電壓為0.58±0.01

3、 V，穩(wěn)定運行下的內阻為1100±20Ω，最大輸出功率密度為0.0018 W/m2，相應的庫倫效率為3.64％。MABR-MFC耦合系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，陰極室COD、NH3-N和TN去除率最高分別達到90.6％，80.8％和55.1％，獲得了較好的處理效果和產電性能。
　　MABR-MFC耦合系統(tǒng)啟動完成后微生物種群豐富，通過對接種污泥以及啟動完成后陽極和陰極生物膜的微生物群落結構進行高通量測序，一共檢測到30個菌門，主要包括常見的光

4、能自養(yǎng)菌Chorobi和Chloroflexi，以及Proteobacteria，Nitrospirae和Planctomycetes三個涉及脫氮過程的菌門。與接種污泥相比，啟動完成后系統(tǒng)內微生物菌種的數(shù)量、多樣性、以及豐度基本呈上升趨勢，該耦合系統(tǒng)啟動完成后所包含的具有不同生物學特性的種群更多，系統(tǒng)穩(wěn)定性更強。
　　MABR-MFC耦合系統(tǒng)最佳運行參數(shù)為:進水氮負荷為0.16 g/(L·d)，碳氮比為3∶1，外電阻為1000Ω，

5、此時COD去除率最高為95.2％，NH3-N去除率最高為94.8％，TN去除率最高為83.4％，最大的輸出電壓為0.71 V，相應的功率密度和庫倫效率分別為0.055 W/m2和4.24％，具有最佳的處理效果和產電性能。
　　通過切換閉路和開路，MABR-MFC耦合系統(tǒng)陰極室處理效果表明，異氧菌和硝化細菌在閉路和開路下都有較強活性，處理效果良好，但閉路MABR-MFC耦合系統(tǒng)陰極室脫氮性能更佳，陽極轉移的電子對陰極反硝化反應有促進