【摘 要】
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微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是利用电化学活性微生物的生物催化作用,将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的装置。MFC产电与废水净化技术耦合具有能源回收、废水净化与资源化、污泥减量等优点。食品加工、纺织、皮革、石油化工、海水养殖等行业排放的废水通常为高盐含氮废水。高盐可提高MFC基质离子强度,从而提高电导率和质子转移能力,降低MFC内阻提高功率输出。但当废水中盐
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微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是利用电化学活性微生物的生物催化作用,将储存在有机物中的化学能直接转化为电能的装置。MFC产电与废水净化技术耦合具有能源回收、废水净化与资源化、污泥减量等优点。食品加工、纺织、皮革、石油化工、海水养殖等行业排放的废水通常为高盐含氮废水。高盐可提高MFC基质离子强度,从而提高电导率和质子转移能力,降低MFC内阻提高功率输出。但当废水中盐度超过产电菌所能承受的阈值时,其生长代谢活性会受到抑制,导致MFC运行性能降低。对于高盐含氮废水而言,寻找能够耐受高盐并具备高效脱氮性能的微生物是最佳解决方案之一。利用盐单胞菌（Halomonas）进行MFC高盐下产电与脱氮耦合运行研究,具有重要的理论意义和实际意义。本文选择一株能够耐盐生长,同时能够SND脱氮以及产电的中度嗜盐菌Halomonas venusta DSM 4743T作为MFC脱氮产电耦合运行菌株。考察了H.venusta DSM 4743T的生长特性,在30～150 g/L Na Cl浓度下,均能够耐盐生长;在60 g/L Na Cl浓度下获得Ectoine最大合成量686.53 mg/L,30 g/L Na Cl浓度下Ectoine分泌率最高为81.59%。对H.venusta DSM 4743T的SND脱氮条件进行优化,优化条件为:丁二酸钠做碳源、C/N为5、p H 9、Na Cl 30 g/L。优化条件下,0～168 h,SND脱氮率为94.33%。以H.venusta DSM 4743T为产电菌构建单室MFC,对MFC产电条件进行优化。基质优化条件为乙酸钠为碳源、50μM核黄素、p H 9、30 g/L Na Cl、100%海水配制。优化条件下,最大输出电压402 m V;最大功率密度167.21 m W/m~2,较优化前提高317%。考察了H.venusta DSM 4743T在单室MFC中的SND脱氮方式。MFC中,菌株氧化NH4+-N发生硝化反应生成中间产物NO2--N和NO3--N,然后经反硝化生成气态氮而去除;同时阳极氧化有机物产生的电子通过外电路到达阴极参与阴极还原反应,完成同步脱氮产电过程。H.venusta DSM 4743T在SND脱氮过程中氨单加氧酶、硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性最大值分别为10.30 U、7.52 U和4.49 U。克隆了H.venusta DSM 4743T脱氮相关酶的编码基因amo A、nar H和nir D。分别从酶学和分子生物学揭示了菌株SND脱氮机理。H.venusta DSM 4743T在高盐下MFC以海水为基质的脱氮产电耦合运行,最大输出电压为287 m V,最大功率密度84.27 m W/m~2;72 h MFC的NH4+-N和TN去除率分别为95.73%和94.50%。结果表明H.venusta DSM 4743T作为产电菌是MFC在高盐下脱氮产电运行效果良好。
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