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微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,以下简称MFC)是近年来迅速发展起来的一种新型污水处理技术。本实验构建了双室型微生物燃料电池,探讨了异养反硝化底物降解、指示作用、功能空间以及阴极反应类型和底物浓度对MFC脱氮除碳、产电的影响,实验结果表明:(1)有机物是影响异养反硝化微生物燃料电池产电和污水处理性能的关键影响因素,未加入有机物时MFC的产电仅有10mV,推理原因可能是55.7%氨氮用于与NO2--N发生厌氧氨氧化,5.96%氨氮发生跨膜运动,38.34%氨氮用于与厌氧氨氧化产生的NO3--N发生阳极反硝化反应、用于挥发作用、用于做电子供体;MFC的电信号能较好的反映亚硝氮、CODCr两种基质浓度变化情况,因此可用电压变化指示底物的降解过程;在不考虑菌体水解、同化作用所引起氨氮浓度的增加问题亦可用时间来指示氨氮的降解过程。(2)生物膜和悬浮污泥均具有脱氮、除碳、产电的功能,悬浮污泥脱氮功能空间是46.85%,除碳功能空间是27.60%,产电功能空间是59.99%;生物膜脱氮功能空间是54.21%,除碳功能空间是74.84%,产电功能空间是45.38%,其各自的功能空间均小于MFC的总体功能空间,只有当二者同时存在时MFC才能高效、稳定的运行。生物膜上的微生物主要是将大的有机物分子分解成小的分子,实现底物的降解以及转化,基质的降解生物膜占主导作用;悬浮污泥上的微生物主要是将电子从胞内转运到电极上,实现电能的输出。(3)阴极反应类型也是提高MFC产电效率的一种办法,化学阴极相对于生物阴极,系统的产电效率出现了数量级的提高。当电池阻抗减小1倍,功率密度提高16倍,电压提高3倍而且系统稳定运行的时间较长。改变K3Fe(CN)6浓度依次为10mmol/L,20mmol/L,40mmol/L时,输出功率密度分别达到3780.75 mV/m2、22620.42mV/m2、5002.08mV/m2,此时对应的电池内阻分别是 50Ω、40Ω、50Ω,表明了 K3Fe(CN)6浓度在20mmol/L系统的脱氮除碳以及产电效率最优。(4)底物浓度是影响微生物性能的主要因素,改变NO2--N浓度80mg/L,130mg/L,160mg/L,发现基质浓度在小于130mg/L时,底物的质量浓度越大时,对微生物的生长具有促进作用;当基质的浓度超过微生物生长的适宜环境后,浓度继续增加时,抑制了微生物生长,表明CODcr500mg/L,NH4--N99.46mg/L,NO2--N130mg/L,K3Fe(CN)620mmol/L系统最高效稳定,对最优条件下系统进行线性拟合,极化曲线的拟合方程是Y1=-57.4236X1+616.4153,R2=0.942,功率密度的拟合方程式是 Y2=-541.3355X22+6637.6391X2+1140.3429,R2=0.909,R2均大于0.9,表明线性相关性良好,X=-b/2a时,可计算出系统的最大功率密度Y2,最大的极化电压Y1以及系统的电池内阻。图24幅,表4个,参考文献50篇。