微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)因其能实现处理废水和回收电能的双重作用,近年来引起了广泛关注。为了探讨MFC阴极同步硝化反硝化的性能,本试验采用双室MFC处理模拟废水,氨氮浓度为480 mg/L和COD浓度为300 mg/L的模拟废水进入阳极室后,出水再流入阴极进行脱氮处理。试验研究了不同溶解氧浓度下短程硝化反硝化MFC、好氧阴极同步硝化反硝化MFC处理模拟废水的脱氮效果和优势菌群,主要研究结果如下:(1)采用间歇曝气,保持溶解氧浓度在0.5–1 mg/L,在MFC阴极室实现了短程硝化反硝化。阴极室内硝化作用明显,硝化率达到63%。反硝化反应不但有异养反硝化,还有电极反硝化,总氮去除率达到30%。(2)采用连续曝气,保持溶解氧(DO)浓度在3–4.2 mg/L,在MFC阴极逐步实现了好氧同步硝化反硝化。在此过程中,随着温度的升高,自养硝化菌逐渐淘汰,好氧反硝化菌逐渐占据优势,导致电压、库伦效率升高,但总氮去除率有所下降。表明好氧反硝化菌(Aerobic denitrifying bacterium,ADB)有利于实现高电压,而传统的异养型反硝化菌更有利于总氮的去除。连接不同外电阻时的MFC脱氮和电能输出试验结果表明,外阻为50Ω时的氧化亚氮产量及总氮去除率比100Ω要高,其说明ADB主导的电极反硝化存在于阴极室中。因此推断电极产生的充足电子可能有利于ADB在低碳环境(碳氮比<1)下的生存。(3)通过变性梯度凝胶电泳测序(PCR-DGGE)考察了两个不同阶段(不同DO浓度)MFC阴极室的优势菌群。DO的升高导致优势菌群由自养型硝化菌和兼性异养菌到ADB的演替。当溶解氧浓度在0.5–1 mg/L时,MFC阴极室以厌氧发酵、缺氧反硝化反应为主,此时MFC处于短程硝化反硝化阶段。当溶解氧浓度在3–4.2 mg/L时,MFC阴极室以好氧硝化反硝化反应为主。此时MFC处于好氧同步硝化反硝化阶段,MFC好氧阴极可能有利于ADB的生长。
