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养猪废水含有高有机物、高氨氮、高悬浮物,属于难降解的有机废水,并且出水中带有许多病菌,直接排放或是未达标排放会严重危害生态环境和人类健康。目前在我国,养猪废水的处理技术效率低,且造价较高,大多数的废水并不能得到合理处理达标排放。针对这种高浓度废水,目前还未找到经济有效的处理方法。微生物电解池(Microbial electrolysis cell,MEC)作为一项高新技术,不仅可利用环境中广泛存在的废弃物,甚至可以高浓度废水作为原料,降解了废水中有机物的同时,产生了氢气,还生成了一些其它有价值的产物,处理了污染物的同时实现了能源回收,且属于低能耗设备。而金属空气电池作为一类有前途的动力能源,是一种新型的燃料电池,比能量高、成本低、寿命长。若以铝或铁作为电池阳极,不仅可以产生较高的电能,还可以在电池反应的过程中产生絮凝剂,对废水有一定的处理效果。实验以Cubic反应器为基础,首先构成了铝/铁-金属空气电池结构,对不同的条件进行优化。考察电池放电性能,实验结果表明电解液NaCl浓度为35 g/L,溶液pH在7左右,电路连入小电阻时,电池的性能效果最好,周期较长。铁电池能够获得更高的电势,铝电池放电反应更快。同时考察不同条件下产生絮凝剂的最优参数,并对养猪废水进行絮凝预处理。在最佳条件下,电絮凝对养猪废水COD、氨氮、SS和浊度的去除率分别可达到61%、41%、52%、55%。考察不同MEC的启动方式,以最优条件下的金属空气电池提供电压,驱动MEC反应器,对底物养猪废水进行处理。通过检测出水的COD以及对产生气体的成分分析,同时结合高通量测序技术,对不同微生物电解池中功能菌群和机制进行初步研究。结果表明双铁电池-MEC反应器对废水的处理效果最佳,稀释过的废水COD可降低到300 mg/L,未稀释废水COD最终降到360 mg/L,氢气回收率分别达到36.14%和18.46%,能量效率分别达到94%和80%。直接启动的MEC和双电池供电的MEC产氢效能较高,在反应器中均含有较多的产电微生物菌落和相似的菌群结构,与反应器表现出的性能差异相似,即其运行效能与反应器中生物群落的结构存在着密切的关系。