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上流式厌氧污泥床反应器(Up-flow Anaerobic Sludge Bed,UASB)作为一种高效、低耗的污水厌氧生物处理技术,近年来受到了污水处理研究者的广泛关注。但是UASB反应器在实际运行过程中存在运行稳定性较差,系统易酸化的问题。因此,实际工程中常常需要一些附属设备对UASB反应器的运行状况进行监测。然而传统的附属设备达不到在线监测的要求,同时电能的消耗也一定程度上增加了工艺运行成本,这一缺陷成为UASB反应器技术发展的瓶颈。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种新兴的污水处理技术,在污水处理的过程中能够通过阳极表面的微生物分解有机物向胞外释放电子,进行生物质与电信号之间的转换,利用其这一特点,微生物燃料电池作为一种能量自持、清洁型的生物传感器在水处理领域得到了广泛应用。鉴于以上两种工艺的特点,本研究以UASB反应器为主体,分别在污泥层位置、悬浮层位置耦合相同的单室无膜空气阴极型MFC,以MFC作为耦合系统的生物传感器,构建UASB-MFC双传感耦合系统。通过MFC反馈的电信号对UASB反应器的运行状态进行在线监测,提高厌氧反应的稳定性和UASB反应器的处理效率。同时依靠双传感系统内部传感器间的协同作用,采用高电势的方法原位加速MFCs受抑制后的电压恢复,利用ECS的连接方法对老化电极进行原位清洗,提升电池性能。研究结果表明:(1)污泥层MFC的电压信号与系统的总挥发性脂肪酸(Total Volatile Fatty Acids,TVFA)之间有更好的线性关系,悬浮层MFC的电压信号和系统的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)有更好的线性关系。电化学分析发现较低的电子传递阻力使得悬浮层MFC生物传感器的灵敏性更强,物种上的差异性使得挥发性脂肪酸对污泥层MFC的电压抑制作用更明显:(2)双传感系统利用MFCs间的电势分配原位加速传感器在受到不利环境抑制后的电压恢复,使得恢复时间缩短为自然恢复状态下的55%;(3)经过超过一年的稳定运行发现,MFC的电化学性能会逐渐下降,其中阴极性能下降是导致电池性能下降的主要原因。而空气阴极表面生物膜的附着和钙镁离子的析出是引起阴极性能下降的主要因素;(4)通过双传感体系的原位电极交换清洗和外加交流电场清洗,MFCs的最大功率密度可分别恢复到起始状态的83.2%-84.6%,92.9%-94.2%。