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本课题针对哈尔滨市某内河,劣五类水体,常温下构建沉水植物复氧的生物电化学系统,探讨连续流的运行效能,达到强化去除水体中碳氮磷污染物的目的,实现水泥同步处理并回收部分能量,为地表水的原位处理提供新的技术储备。论文研究了沉水植物复氧的生物电化学系统的构建方法,首先以产氧能力和污染物去除效果为准则,筛选20 g/L的黑藻为生物电化学系统复氧,构建耦合系统。随着系统启动成功,系统出水TOC和TN的去除率增大到56.4%和55.0%。系统最大功率密度为1.42 W/m3,最大的电流密度为4.50 A/m3,说明该系统具有一定的可行性。论文探讨了间歇流和连续流运行条件下污染物的去除效能,间歇流实验中得出耦合系统的处理效果优于空白系统和单一植物系统,达到了污染物强化去除的目的。运行到第二天时TOC、TN和TP的去除率分别为34.5%,57.2%和48.1%,分别是空白系统的1.73、3.64和4.00倍。连续流运行15 d后,耦合系统可以达到系统内水体和底泥的同步净化,且处理效能优于其它系统,出水碳氮均达到地表水Ⅳ类水体标准。出水的TOC、TN和TP的去除率最终稳定在20.1%、46.0%和38.5%,系统底泥TC和TN的最大去除率分别为23.1%和7.0%。在能量回收效能方面,耦合系统的最大功率密度为1.78 W/m3,比无植物系统提高了34.8%。本研究进一步探讨了沉水植物对生物电化学系统的生物阴极及群落结构的影响。利用三电极体系比较了单一生物电化学系统和耦合系统中生物阴极的性能,发现在溶氧浓度饱和状态下,耦合系统的生物阴极在190 mV时电流密度达到125A/m3,是同条件下单一生物电化学系统的2.5倍。对比分析两个系统阴阳极的微生物群落组成,发现沉水植物主要对阴极微生物群落结构影响较大,耦合系统中好氧菌相对丰度明显高于单一生物电化学系统,阳极微生物群落中的优势菌属柠檬酸杆菌(Citrobacter),Macellibacteroides可降解系统底泥中的有机物质,且耦合系统中的产电菌属相对丰度较高,如Bacillus和Paenibacillus。