论文部分内容阅读
膜污染是制约膜生物反应器推广应用的关键因素之一,胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）是膜污染的主要成分,含有丰富的有机质,具有作为外加碳源的巨大潜力。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）作为一种新兴的污水处理技术,能够在处理污水的同时产生电能。本研究针对EPS可生化性差、难以直接作为MFC碳源的问题,以实际EPS作为MFC进水基质,筛选最佳水解区设置方式和水力停留时间（Hydraulic Retention Time,HRT）进而优化确定MFC运行方式;在此基础上,进一步考察不同EPS投加量对系统产电性能和污染物去除效果的影响。主要结论如下:（1）构建厌氧水解、MFC阳极和微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell,MEC）三种不同水解方式的平行装置,分别记为水解-MFC、双阳极MFC和MEC-MFC。以开路为对照,考察水解区HRT为3 d、2 d和1 d时,三组MFC系统运行性能的变化。结果显示,随着HRT降低,水解-MFC、双阳极MFC和MEC-MFC的平均输出电压增加,COD去除效果提高。HRT为1 d时,三组系统的COD去除率均大于90%,同时系统也取得了较好的蛋白质、多糖、腐殖酸去除效果,其出水浓度均低于2 mg/L,但三组MFC系统间去除效果无显著性差异。研究还发现,双阳极MFC的输出电压（26 m V）和最大功率密度（2.110 W/m~3）最高,对碳源的利用率也最高。各系统BOD5/COD结果表明,经水解-MFC和MEC-MFC的水解区处理后,混合液可生化性得到一定改善,而经双阳极MFC处理后,混合液可生化性几乎没有变化,更多的可生物降解有机物作为水解区的产电基质被利用。（2）EPS投加量研究表明,当进水COD由低浓度（约450 mg/L）提升至中浓度（约800 mg/L）和高浓度（约1000 mg/L）时,双阳极MFC的输出电压先增加后减小,COD的去除率也从95.03%降低至84.52%和81.66%;出水中蛋白质、多糖、腐殖酸的浓度也随着进水COD浓度升高而升高。此外,不同进水浓度下双阳极MFC对TN去除效果均不佳,低浓度和中浓度进水时,出水TN主要为硝态氮,高浓度时则为有机氮。各系统BOD5/COD结果表明,双阳极MFC水解区相比于阳极区更有利于将可生物降解有机物作为产电基质,水解区的输出电压更高。（3）不同水解方式下MFC阳极微生物的高通量测序分析结果显示,Proteobacteria（变形菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）是MFC阳极生物膜中的优势菌属,电流的作用会促进特定产电菌的富集。属水平结构的进一步分析发现,Pseudomonas（假单胞菌属）和Acinetobacter（不动杆菌属）是MFC系统中进行EPS降解和产电的主要菌属。Acinetobacter（不动杆菌属）和Desulfovibrio（脱硫弧菌属）相对丰度的增加促进了双阳极MFC系统的产电。