本研究利用黑臭河涌底泥、50 m M/L的铁氰化钾缓冲液、双室型有机玻璃反应器和质子交换膜构建了一种双室型微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),通过改变MFC的运行条件,研究了电池的启动及产电能力,分析了MFC对底泥的修复效果,并进一步研究了MFC产电过程中甲烷的排放情况。研究结论如下:(1)以底泥为阳极接种物,1 g/L的葡萄糖溶液为营养液,采用序批式培养方法启动电池。经过约720 h的运行后,MFC成功启动,且电压最高可达到0.767 V。启动成功后,以底泥为阳极基质,能在较长时间内(>200 h)维持较高的电压水平。(2)本研究分别以底泥、50 m M/L的铁氰化钾缓冲液构建实验系统,每个运行周期均设置处理组和对照组进行实验。在只改变外接电阻、对阴极室曝气和添加铁氰化钾的运行周期中,各个电池的内阻比较接近,均在1300Ω左右。电池的功率密度分别在外接电阻为1500Ω处、阴极室曝气6 h和阴极室铁氰化钾浓度为200 m M/L时达到最大,对应的最大功率密度分别为4.94 m W·m-2、6.00 m W·m-2和6.45 m W·m-2。在向阴极室添加氯化钠溶液,改变溶液电导率和改变阳极基质组成后,电池电阻有了较大变化。随着氯化钠浓度的增加,内阻呈降低的趋势,最大功率密度出现在氯化钠浓度为200 m M/L处,为6.64 m W·m-2,内阻为1140.4Ω。在泥水体积比例为1:1时,内阻仅为902.1Ω,最大输出功率密度为7.24 m W·m-2。电池内阻整体上较大的原因主要是质子交换膜的存在增大了内阻,且底泥本身为泥水混合物,内阻比水溶液要大许多。(3)构建的双室MFC系统能够在产电的同时能实现对底泥的修复。研究结果表明,电极生物膜的存在大大促进了有机质的降解。五个运行周期中,电池对底泥有机质的最高去除率分别达到7.83%、11.65%、10.15%、11.35%和11.57%。有机质的最高去除率均在电池的最大功率密度处达到。同一运行周期中,随着功率密度的提升,有机质的去除率增加。(4)阳极生物膜的存在在一定程度上达到了将磷从底泥中去除的效果。在以底泥有机质为主要燃料来源时,系统的输出功率密度变化与铵态氮的去除趋势没有呈现出特别明显的规律。底质中铵态氮可作为电子供体被生物膜氧化去除。阳极室的厌氧环境有利于反硝化作用对硝酸盐的去除。同时,底泥中的硝酸盐也是阳极潜在的电子竞争体,可作为电子受体,需要生物膜降解足够电子供体来保证电子的提供以去除硝态氮。(5)构建的双室MFC系统在产电与修复底泥的同时加快了底泥中甲烷的排放速率。就各处理组而言,CH4表现出功率密度越大产生量越小的趋势。在阳极室基质相同时,甲烷的产生受到物质传递与电子数量的影响。当改变阳极室基质时,基质中有机物的种类与含量对甲烷产生有较大影响。(6)构建的双室MFC系统在产电与修复底泥的同时,也能影响CO2和N2O的产生与排放。CO2和N2O的产生和排放总体趋势在同一个运行周期内均呈现出随着功率密度的变大而增加的趋势。CO2的产生量与有机物降解有关,有机物降解越多,相应的CO2的产生量就越大。N2O的产生主要来源于反硝化作用。阳极室中厌氧环境有利于反硝化作用的发生。