摘要：基于雙室微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC),針對(duì)陰極分別接種活性污泥(A-MFC)和反硝化細(xì)菌(D-MFC),研究其產(chǎn)電情況和硝酸鹽廢水去除效果。結(jié)果表明,在產(chǎn)電的同時(shí)都可有效去除廢水中的硝酸鹽污染物。在外接電阻100 Ω的情況下,2種MFC均具有良好的產(chǎn)電性能,A-MFC和D-MFC達(dá)到的最大輸出電壓分別為119.6 mV和117.2 mV,最大功率密度分別為23.40 mW/m2和26.63 mW/m2;同時(shí)兩者在陰極室的平均反硝化速率分別為1.86 mg/(L•d)和2.19 mg/(L•d),陽(yáng)極室的平均COD去除率分別為81.9%和82.4%。

另外,通過(guò)掃描電鏡觀察可知,A-MFC和D-MFC陰極碳布表面形貌存在差異,并且陽(yáng)極與陰極碳布表面形貌差異顯著。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于人類較為重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽視了環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致地下水污染問(wèn)題比較嚴(yán)重，而硝酸鹽污染是地下水污染中的一個(gè)非常重要的方面。1978年以來(lái)對(duì)我國(guó)50個(gè)城市地下水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)表明，已有21個(gè)城市的地下水受到不同程度的硝酸鹽污染'，而且地下水硝酸鹽的污染程度還在不斷增加。

地下水硝酸鹽的污染修復(fù)技術(shù)物化方法主要有蒸餾+電滲析+反滲透和離子交換法等，但這些方法實(shí)質(zhì)上是將硝酸鹽污染物進(jìn)行了轉(zhuǎn)移或濃縮，并沒(méi)有徹底的去除�；瘜W(xué)方法需添加額外的物質(zhì)。生物修復(fù)技術(shù)是目前使用的較為經(jīng)濟(jì)有效的方法。

微生物燃料電池作為一種新型的廢水處理方式及生物修復(fù)技術(shù)引起了人們極大的關(guān)注，該方法具有同時(shí)去除有機(jī)污染物并獲得能源輸出的優(yōu)點(diǎn)。在厭/缺氧環(huán)境下，硝酸鹽可以作為MFC陰極的電子受體，這為MFC技術(shù)處理硝酸鹽廢水提供了理論上的可能性。Park等在一個(gè)厭氧污泥接種的生物膜反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)可直接使用電極作年構(gòu)建了一個(gè)陽(yáng)極以醋酸鹽為燃料，陰極以硝酸鹽為電子受體的微生物燃料電池，第一次實(shí)現(xiàn)了生物同步去除陽(yáng)極和陰極物質(zhì)，提出其反硝化速率和產(chǎn)生的電能受到陰極微生物的限制。

Liang等'使用雙柱狀微生物燃料電池發(fā)現(xiàn)陰極室硝酸鹽濃度對(duì)MFC的產(chǎn)電量無(wú)明顯影響。Chen等研究了一個(gè)污泥接種的雙室微生物燃料電池其生物陰極微生物燃料電池中微生物群落的動(dòng)態(tài)變化和電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，證實(shí)微生物的存在顯著增強(qiáng)了硝酸鹽的還原過(guò)程。Puig等雙室MFC研究得到硝酸鹽和亞硝酸鹽能夠交替作為陰極細(xì)菌的電子受體，且自養(yǎng)反硝化是微生物燃料電池陰極反應(yīng)的主要機(jī)制。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

上述研究表明，陰極微生物是影響微生物燃料電池的產(chǎn)能和反硝化速率的一個(gè)重要因素，但從目前MFC的研究中發(fā)現(xiàn)陰極接種源多為活性污泥，本實(shí)驗(yàn)采用活性污泥及反硝化細(xì)菌作為陰極接種源，在2種不同的條件下，研究處理硝酸鹽廢水的雙室MFC性能情況，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比與分析。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

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