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微生物燃料电池(MFC)是一种,能够将可生物降解有机物中的化学能直接转化成电能的新型生物电化学装置。本文利用无pH缓冲液及外循环装置的双室MFC,以提高MFC对污染物的去除以及产电性能为目的,研究了阴极无机碳和溶解氧(DO)浓度对微生物除氮MFC的影响,构建了阴极化学除磷和生物除磷的两种类型的MFC进行同步脱氮除磷研究,主要成果如下:在脱氮的MFC中,阴极接种硝化细菌,监测反应器中总氮变化,发现阳极室的产电菌具有反硝化作用,随着NaHCO3和DO浓度的增加,电池的产电、功率密度和脱氮效率均逐渐升高。进水NH4+-N为200mg/L,控制NaHCO3为1g/L和DO为6.8mg/L时,运行60h阴极NH4+-N去除率可达到99.89±0.12%;运行82h,反应器总氮去除率可达到82.29±0.12%,且在电流密度130.27mA/cm2时达到最大功率密度149.76 mW/m2。对阴极微生物进行SEM及16S rDNA检测,观察到具有产电作用的脱氮微生物Thauera、pesudomonas及单一脱氮作用的微生物Nitrosomonas、Nitrosospira和Nitrobacter。相比传统的生物脱氮及相关MFC脱氮研究,此方法无需pH缓冲液和外加循环装置,通过阴离子交换膜平衡反应器内的pH,可以同步产电脱氮,同时提升了阴极的氧气利用率。在阴极化学除磷的MFC中,进水PO43--P为102.86±15.29mg/L,NH4+-N为200.90±9.27mg/L,运行17h后,PO43--P去除率可达到65.19±3.21%,阴极同步去除NH4+-N 18.65±9.72%。在阴极生物除磷的 MFC 中,进水 PO43--P 为 109.42±12.67mg/L,NH4+-N为205.21±12.27mg/L,运行53h后,PO43--P去除率可达到57.63±2.40%,阴极同步去除NH4+-N 76.12±0.21%。生物除磷MFC的最大功率密度为45.45mW/m2,较化学除磷MFC下降40.73%,表明阴极接种的除磷微生物不利于产电。比较两种MFC发现,可根据废水的氮磷含量加以选择MFC,高磷低氨氮的废水可采用反应时间较短的化学除磷MFC,高磷高氨氮的废水可选择反应时间较长的生物除磷MFC。SEM检测发现,化学除磷阴极表面除附着鸟粪石沉淀还可能存在厌氧氨氧化细菌(ANAMMOX),而生物除磷阴极表面附着聚磷菌(PAO)并可能含有氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)。