废水中广泛存在的氨氮直接排入水体会引起严重的水体富营养化,引发水体发黑变臭,产生污染。氨氮广泛存在于城市居民生活污水中,传统生活污水的生物处理技术需要额外投加碳源和曝气,会产生巨大的能耗,提高污水处理的成本。通过生物电化学系统对污水进行脱氮处理,可以在去除氮化合物的同时产电,是一种很有前景的方法,原理主要是在阳极,利用产电微生物分解水中有机物产生电子,通过外电路传递到阴极,在阴极,反硝化细菌的作用下,硝酸盐得到电子,被还原为氮气从而得以去除。但是目前研究多集中在阴极反硝化,对于硝化反硝化的联合过程的研究较少,因此,本课题的研究,主要是试图将硝化和反硝化集合在同一个生物电化学系统中,以期为同步电化学过程与脱氮过程的研究提供理论依据。本实验通过构建双阴极MFC系统,利用构型特点,可以在不同极室将生活污水实现脱氮除碳,同时产电,从而实现污水的有害物质去除和废物资源化,具体研究内容如下:(1)实验首先利用模拟废水启动生物双阴极MFC系统,经过一个半月的运行,A-O系统的最大瞬时电压突破了500 m V,内阻值为150Ω,A-A系统的最大瞬时电压突破了600 m V,内阻值为125Ω,最大功率密度达到3.5 W/m3,标志着系统已成功启动。启动后,考察了系统的产电效果和脱氮效果,COD去除率为83.33%,氨氮去除率为91%,硝酸盐去除率为44%。(2)之后将系统在厌氧-好氧-缺氧模式下批次运行,进行关于氨氮浓度、外电阻及回流比对的参数优化,发现在较小的C/N比时,好氧阴极室对于氨氮的去除更彻底,缺氧阴极室对于硝酸盐的去除也更彻底;调整电路连接,将A-O段电阻保持1000Ω不变的情况下,将A-A段电阻改为10Ω,硝酸盐的去除率由90%提高到94%,总氮的去除率由50%提高到60%;回流比从0增加到2时,氨氮的去除率由70%增加到95%,总氮的去除率由50%增加到94%。(3)根据结果将系统置于相对适宜的条件下连续运行,继续进行HRT、COD浓度及p H的参数优化。研究发现,在本实验中连续运行的双阴极MFC系统,较为合理的水力停留时间为20 h。系统的最优进水负荷为200 mg/L。系统的产电效果受进水p H的影响较大,而在酸性条件下,产电性能受到明显抑制,考虑进水为中性或弱碱性为最佳。