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    人工濕地-微生物電解池耦合系統(tǒng)的脫氮特性

    2020-11-26 09:40:02夏函青伍永鋼付成林胡謙
    化工進(jìn)展 2020年11期
    關(guān)鍵詞:硝酸鹽陰極硝化

    夏函青,伍永鋼,付成林,胡謙

    (1 安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,安徽蕪湖241003;2 安徽省水土污染治理與修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室,安徽蕪湖241003)

    生物電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)(bio-electrochemical wastewater treatment systems,BWTS)在生物修復(fù)相關(guān)的能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題方面被證明是一種創(chuàng)新和有前途的工藝[1],近年來(lái)得到了較為廣泛的研究。該工藝將廢水中可生物降解的有機(jī)化合物定義為能量來(lái)源,而不是無(wú)意義的廢物[2]。BWTS 主要包括微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC)和微生物電解池(microbial electrolysis cell,MEC)。其中MFC 能夠利用電化學(xué)活性微生物(exoelectrogens)降解廢水中的有機(jī)物,并產(chǎn)生電子和質(zhì)子,產(chǎn)生的電子直接傳遞至陽(yáng)極電極并由外電路傳遞至陰極,從而形成電流,而質(zhì)子則通過(guò)擴(kuò)散方式由陽(yáng)極區(qū)轉(zhuǎn)移至陰極區(qū)[1]。MEC是在MFC的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上外加電源,以期實(shí)現(xiàn)人為控制生物反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能[3-4]。

    反應(yīng)器的低成本建造和放大一直是BWTS系統(tǒng)走向工業(yè)化的最大制約因素,如何降低成本以及將系統(tǒng)規(guī)?;恢笔沁@兩種系統(tǒng)重點(diǎn)研究的方向[5]。近幾年研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)與傳統(tǒng)低成本生物反應(yīng)器耦合可以極大降低建造成本。人工濕地作為傳統(tǒng)低成本生物處理工藝,有著深入的研究和廣泛的應(yīng)用,有研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)改變進(jìn)水方式,可以在人工濕地(constructed wetland,CW)中自發(fā)形成MFC所需的氧化還原梯度,且CW中產(chǎn)生的有機(jī)物可作為MFC的碳源,從而建立了將CW和MFC進(jìn)行耦合的新工藝,這種工藝不僅降低了MFC 的構(gòu)建成本,并且MFC能夠增強(qiáng)CW對(duì)有機(jī)污染物的去除[6]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在耦合系統(tǒng)中增加曝氣能夠有效提高CWMFC對(duì)COD和氨氮的去除,但系統(tǒng)中容易產(chǎn)生硝酸鹽積累,從而導(dǎo)致脫氮效果下降[7]。有研究發(fā)現(xiàn)在MEC系統(tǒng)中,電化學(xué)活性微生物能夠直接從電極上獲得電子以去除硝酸鹽,且MEC 中產(chǎn)生氫氣,如式(1)所示,有助于廢水中硝酸鹽氮的去除[8-9]。

    本文設(shè)想建立CW與MEC耦合系統(tǒng)來(lái)處理含有機(jī)污染物、氨氮的廢水,利用曝氣提高氨氮的轉(zhuǎn)化率,同時(shí)在MEC系統(tǒng)中產(chǎn)生的氫氣有效避免體系中硝酸鹽的積累,從而提高對(duì)氨氮和總氮的去除效果。

    1 材料和方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

    實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的人工濕地-微生物電解池系統(tǒng)(CWMEC)和人工濕地-微生物燃料電池系統(tǒng)(CWMFC)結(jié)構(gòu)如圖1所示。CW-MEC是由有機(jī)玻璃制成的內(nèi)徑15cm、高65cm、壁厚6mm的圓筒。實(shí)驗(yàn)采用淹沒(méi)式陰極(陰極表面距水面3cm),由10cm厚的活性炭顆粒(直徑4~8mm)及不銹鋼網(wǎng)(孔徑0.23mm)組成,陽(yáng)極組成材料和陰極相同。底層和中間層由20cm厚的礫石(直徑4~8mm)填充。選用10株經(jīng)植物培養(yǎng)液培養(yǎng)一個(gè)月、長(zhǎng)勢(shì)相同的菖蒲作為濕地植物種植在陰極。通過(guò)鈦絲(直徑1mm)依次連接系統(tǒng)陰極、恒壓電源(多功能可編程直流電源,M8811型,南京美爾諾電子有限公司)、1kΩ電阻及系統(tǒng)陽(yáng)極構(gòu)成外電路。外加電壓0.2V,由恒壓電源提供。S3階段的連續(xù)電壓由恒壓電源記錄。CW-MFC結(jié)構(gòu)與CW-MEC相同,但無(wú)外加電壓。

    圖1 CW-MEC系統(tǒng)和CW-MFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    1.2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行

    本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的CW-MEC 和CW-MFC 均已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行半年,接種污泥為取自蕪湖城南污水處理廠的厭氧活性污泥。處理廢水為人工模擬生活污水,以葡萄糖和氯化銨作為碳源和氮源,廢水具體成分見(jiàn)表1。運(yùn)行期間,人工模擬生活污水的COD濃度為468.90mg/L±78.85mg/L,氨氮濃度為30.18mg/L±1.98mg/L,pH為7.67±0.11。

    表1 人工模擬生活污水成分

    系統(tǒng)進(jìn)水方式為序批式進(jìn)水,全程運(yùn)行47天,根據(jù)運(yùn)行條件不同分為3個(gè)階段,分別記為S1、S2和S3,各個(gè)階段具體的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件見(jiàn)表2。

    表2 不同階段的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件

    1.3 分析和測(cè)試方法

    式中,P為功率密度,mW/m2;J為電流密度,A/m2;U為外電阻兩端電壓,mV;R為外電阻阻值,Ω;S為反應(yīng)器橫截面積,m2。

    同時(shí),分別取CW-MEC 和CW-MFC 的陰、陽(yáng)極5cm 深處的微生物并采用16S rRNA 基因高通量測(cè)序法對(duì)其微生物多樣性進(jìn)行測(cè)定。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 COD去除效果和pH變化

    圖2 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極COD濃度、去除率及pH變化情況

    CW-MEC 系 統(tǒng) 陰 極(C-CW-MEC)、陽(yáng) 極(A-CW-MEC) 和CW-MFC 系 統(tǒng) 陰 極(C-CWMFC)、陽(yáng)極(A-CW-MFC)的COD濃度及去除率變化情況如圖2 所示。COD 最大去除率出現(xiàn)在S3階段的C-CW-MEC,達(dá)到99.11%。S1 階段,CWMEC 陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極COD 的去除率較穩(wěn)定,其去除率分別為91.11%±7.76%、86.58%±9.54%、 90.03%±8.43%、 92.30%±7.92%。S2 階段,CW-MEC 陰極和陽(yáng)極的COD 去除率明顯降低,去除率分別為77.81%±14.84%、81.44%±11.11%,較S1 分別下降了13.3%、5.14%;CWMFC 陰極和陽(yáng)極的COD 去除率也出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì),去除率分別為76.72%±13.09%、78.97%±11.42%,較S1 分別下降了13.31%、13.33%。由此可知,無(wú)外加曝氣條件下,將HRT 由48h 降低為24h 會(huì)使系統(tǒng)的COD 去除率下降。其中,A-CWMEC 的COD 去除率下降幅度最小,僅為5.14%,說(shuō)明其大部分COD的去除主要實(shí)現(xiàn)在24h內(nèi),并且在S2 階段,A-CW-MEC 的COD 去除率比A-CWMFC 的COD 去除率高2.5%左右,因此相對(duì)于ACW-MFC 而言,A-CW-MEC 在低HRT 條件下去除COD 的效果更好。S3 階段,CW-MEC 和CW-MFC陰極的COD 去除率明顯增加并逐漸達(dá)到穩(wěn)定,COD 去除率(按最后7 個(gè)批次計(jì)算) 分別為89.51%±3.92%、88.27%±2.87%,較S2 分別增加了11.7%、11.55%;而其陽(yáng)極COD去除率增加相對(duì)較少,去除率(按最后7 個(gè)批次計(jì)算) 分別為82.40%±1.63%、84.25%±4.79%,較S2 分別增加了0.96%、5.28%。S1、S2、S3 階段,C-CW-MEC 的COD 去除率比C-CW-MFC 的COD 去除率分別高出1.08%、1.09%、1.24%。所有階段A-CW-MEC 陽(yáng)極COD 去除率變化幅度最小,尤其是從S2 到S3,COD 去除率僅增加0.96%,說(shuō)明A-CW-MEC 內(nèi)部環(huán)境最為穩(wěn)定,受外加條件影響最小,可能是外加電壓增加了其微生物多樣性。

    圖3 不同條件下兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極pH變化

    從圖3 可以看出,兩種系統(tǒng)陰、陽(yáng)極的pH 在S2 階段均下降,而在S3 階段均上升。在S2 階段,HRT 降低使底物中葡萄糖含量增加,更多的葡萄糖被生物降解為丙酮酸,導(dǎo)致pH 下降[10]。在增加曝氣后,陰極的有機(jī)物被氧化,質(zhì)子也被大量去除,從而pH 上升;而陽(yáng)極pH 上升,可能是因?yàn)檠鯕馓峁┝烁嗟碾娮邮荏w,為了維持電子傳遞速率的穩(wěn)定,促進(jìn)了電化學(xué)活性菌對(duì)有機(jī)物的降解。

    2.2 氨氮去除效果

    CW-MEC 和CW-MFC 兩種系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極的氨氮濃度及去除率變化情況如圖4所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間的氨氮最大去除率出現(xiàn)在S3階段的C-CWMFC,達(dá)到98.22%,而相同條件下C-CW-MEC 的氨氮最大去除率也達(dá)到了97.35%,這都明顯比未加曝氣的CW-MFC 的氨氮去除率(75%)更高[11]。S1 階段,CW-MEC 陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極氨氮的去除率較穩(wěn)定,其去除率分別為58.54%±5.80%、58.22%±5.03% 和55.22%±6.63%、57.63%±7.75%。S2 階段,CW-MEC 陰極和陽(yáng)極氨氮去除率明顯下降,去除率分別為48.04%±12.94%、48.27%±13.40%;CW-MFC情況相似,陰極和陽(yáng)極氨氮去除率分別為50.50%±12.67%、48.87%±10.10%,結(jié)果表明,降低HRT會(huì)使兩個(gè)系統(tǒng)的氨氮去除率都降低,因?yàn)榈虷RT 不能給系統(tǒng)的硝化和反硝化反應(yīng)提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。適當(dāng)延長(zhǎng)HRT 會(huì)提高氨氮的去除率,但是較高的HRT 也會(huì)造成微生物的死亡以及較高的運(yùn)行成本[12]。S3階段,C-CW-MEC 和C-CW-MFC 的氨氮去除率先明顯上升至穩(wěn)定,后逐漸下降,其去除率(按最后7個(gè)批次計(jì)算) 分別為71.51%±16.44%、74.36%±17.84%。

    圖4 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極氨氮濃度、去除率及pH變化情況

    在未加曝氣的條件下,上流式CW-MEC 系統(tǒng)中的DO量極低,系統(tǒng)中大部分區(qū)域處于厭氧環(huán)境中[13]。雖然系統(tǒng)中種植了水生植物,但是水生植物的根部釋氧能力有限,并不能改變系統(tǒng)的厭氧環(huán)境,這也是多數(shù)他人研究中能在系統(tǒng)陰極檢測(cè)到大量厭氧菌的原因。而增加曝氣后,使得系統(tǒng)陰極DO 量不斷增加,因此氨氮去除率明顯上升,在范智仁[14]研究的CW-MFC 系統(tǒng)中也出現(xiàn)相似結(jié)果,但是其系統(tǒng)中硝酸鹽氮并未得到有效去除,增加曝氣后,濃度接近8.5mg/L。而S3階段后期氨氮去除率有下降趨勢(shì),是因?yàn)镈O不斷積累,從而抑制了陰極的反硝化過(guò)程。有研究發(fā)現(xiàn),在外加曝氣條件下,陰極會(huì)產(chǎn)生生物膜,其中硝化菌位于生物膜的外層,反硝化菌處于生物膜內(nèi)層,因此會(huì)同時(shí)發(fā)生硝化、反硝化反應(yīng)[15]。而當(dāng)溶解氧過(guò)多時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的硝酸鹽而抑制反硝化過(guò)程,從而使氨氮去除率降低[7]。因此,在今后的研究中可考慮采用間歇曝氣式,曝氣時(shí)促進(jìn)硝化反應(yīng),停曝時(shí)促進(jìn)反硝化反應(yīng),進(jìn)而整體提高脫氮效率。由圖3 可知,從S2 后半階段到S3 階段,A-CWMEC 和A-CW-MFC 的氨氮去除率非常穩(wěn)定,說(shuō)明即使是外加曝氣的條件下,垂直式CW 也能夠?yàn)橄到y(tǒng)陽(yáng)極提供良好的厭氧環(huán)境。S3 階段,A-CWMEC 的氨氮去除率比A-CW-MFC 的氨氮去除率低,其去除率分別為32.14%±5.37%、36.37%±5.60%。另外,由圖2 可知,增加陰極曝氣后,兩個(gè)系統(tǒng)的陽(yáng)極COD 含量減少,而系統(tǒng)陽(yáng)極氨氮去除率穩(wěn)定,說(shuō)明S3 階段陽(yáng)極的硝化細(xì)菌主要為自養(yǎng)型細(xì)菌。有研究表明,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,電化學(xué)系統(tǒng)中的產(chǎn)電細(xì)菌和自養(yǎng)硝化細(xì)菌不斷繁殖而異養(yǎng)硝化細(xì)菌會(huì)相應(yīng)減少,氨氮的去除速率逐漸降低[16]。

    圖5 顯 示 了C-CW-MEC、 A-CW-MEC、C-CW-MFC、A-CW-MFC 的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量變化。在S1、S2、S3階段,CW-MEC陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極的硝酸鹽氮含量分別為0~1.05mg/L、0~0.30mg/L、0~2.25mg/L、0~0.31mg/L,其亞硝酸鹽氮含量分別為0~0.99mg/L、0~0.07mg/L、0~0.71mg/L、0~0.23mg/L。在S1、S2 階段,CW-MFC 和CW-MEC 陰、陽(yáng)極基本無(wú)硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮積累。在S3 階段,其均有明顯的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮積累,而C-CW-MFC的平均硝酸鹽氮含量比C-CW-MEC 高0.33mg/L,A-CW-MFC 的平均亞硝酸鹽含量也比A-CW-MEC高0.02mg/L。雖然CW-MEC 陰極氨氮去除率比CW-MFC 稍低,但是硝酸鹽積累更少,可能是CW-MEC 陰極電極能夠給微生物提供更多電子以促進(jìn)硝酸鹽的去除,并且陰極產(chǎn)生的氫氣有益于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。顧霞等[17]在研究中也提到直流電場(chǎng)的刺激會(huì)使假單胞菌株在反應(yīng)過(guò)程中避開(kāi)長(zhǎng)時(shí)間的滯后期從而加快反硝化速率。

    圖5 C-CW-MEC、A-CW-MEC、C-CW-MFC、A-CW-MFC的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量變化

    2.3 電化學(xué)性能分析

    實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了S3 階段CW-MEC 和CW-MFC的電壓變化情況,并在S3 階段結(jié)束時(shí)測(cè)定了兩種系統(tǒng)的極化曲線和功率密度曲線,其結(jié)果如圖6、圖7所示。

    圖6 S3階段CW-MEC和CW-MFC的電壓變化情況

    圖7 CW-MEC和CW-MFC的極化曲線和功率密度曲線

    由圖6 可知,在曝氣后,CW-MEC 電壓從280mV 左右開(kāi)始逐漸下降至155mV 左右,CWMFC 電壓從150mV 左右開(kāi)始逐漸下降至60mV 左右。初期的高電壓主要是由于曝氣后陰極溶解氧增多,產(chǎn)生了較高的氧化還原電位,且陰極電化學(xué)活性菌可能被抑制,而電壓逐漸穩(wěn)定是因?yàn)殛帢O的溶解氧逐漸達(dá)到飽和,陰極環(huán)境逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)。也有研究表明,對(duì)系統(tǒng)陰極長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)曝氣會(huì)維持電壓的穩(wěn)定輸出[18]。由圖7可知,CW-MEC最大功率密度為0.52mW/m2,內(nèi)阻約為1kΩ,CW-MFC 最大功率密度為0.70mW/m2,內(nèi)阻約為2kΩ。因?yàn)镃W-MEC 系統(tǒng)的電壓由恒壓電源維持在0.2V,因此其產(chǎn)生的功率密度略低于CW-MFC。但是CWMEC 內(nèi)阻卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CW-MFC,說(shuō)明了外加電壓可以有效降低系統(tǒng)的內(nèi)阻,進(jìn)而促進(jìn)電子的傳遞,提高氨氮和有機(jī)物的去除率,趙慧敏等[18]也得到相似研究結(jié)果。

    2.4 微生物多樣性分析

    Alpha 多樣性指數(shù)是用于評(píng)價(jià)微生物豐富度和群落均勻度的綜合指標(biāo),主要包括Simpson、Shannon、Chao1 和ACE 指數(shù)[19]。Chao1 和ACE 指數(shù)的值可以用來(lái)估計(jì)微生物結(jié)構(gòu)的豐富度,Chao1和ACE 指數(shù)的值越大,表明微生物豐富度越大[20]。Shannon 和Simpson 指數(shù)評(píng)價(jià)了微生物群落的豐富度和均勻度,Shannon指數(shù)值越高,Simpson指數(shù)值越低,代表微生物豐富度越大、均勻度越高[21]。由表3 可知,C-CW-MEC 和A-CW-MEC 的Shannon、Chao1 和ACE 指數(shù)分別為5.43、1122.64、1066.15和5.22、1247.80、1237.08,明顯高于對(duì)應(yīng)的CCW-MFC 和A-CW-MFC;而C-CW-MEC 和ACW-MEC 的Simpson 指數(shù)分別為0.010、0.025,明顯低于對(duì)應(yīng)的C-CW-MFC 和A-CW-MFC,結(jié)果說(shuō)明,相對(duì)于MFC,MEC 更能提高耦合系統(tǒng)的微生物的豐富度和均勻度。

    表3 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極中微生物豐富度指數(shù)

    兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極在屬水平上的微生物群落組成分布如圖8所示。

    圖8 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極在屬水平上的微生物群落組成分布

    C-CW-MEC 優(yōu)勢(shì)菌群為叢毛單胞菌科未知屬(unclassified-f-Comamonadaceae)、亞硝化單胞菌科未知菌屬(norank-f-Nitrosomonadaceae)、黏球菌屬(Haliangium)、暫定Magasanikbacteria未知菌屬(norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria),其豐度分別為5.81%、4.89%、4.74%、3.72%;C-CWMEC 中還發(fā)現(xiàn)的重要菌群有:腸道桿菌科未知菌屬(unclassified-f-Enterobacteriaceae)、產(chǎn)丙酸單胞菌屬(Propionicimonas)、紅桿菌屬(Rhodobacter)、紅 螺 菌 目 未 知 菌 屬 (unclassified-orhodospirillales),其豐度分別為2.79%、2.54%、2.79%、1.26%,其中unclassified-f-Enterobacteriaceae和Propionicimonas可以很好地降解有機(jī)物,Rhodobacter和unclassified-o-Rhodospirillales為 光 合細(xì)菌。A-CW-MEC 的優(yōu)勢(shì)菌群為螺旋體門未知菌屬(norank-p-Saccharibacteria)、儉菌總門未知菌屬 (unclassified-p-Parcubacteria)、 地 桿 菌 屬(Geobacter)、 擬 桿 菌 科vadinHA17(norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17),其豐度分別為26.17%、5.83%、5.64%、4.11%。C-CW-MFC 優(yōu)勢(shì)菌群為腸 道 桿 菌 科 未 知 菌 屬 (unclassified-f-Enterobacteriaceae)、擬桿菌屬(Bacteroides)、巨單胞 菌 屬 (Megamonas) 、 瘤 胃 球 菌 屬([Ruminococcus]-Gnavus-Group),其豐度分別為19.87%、13.43%、12.55%、6.27%。A-CW-MFC優(yōu)勢(shì)菌群為螺旋體門未知菌屬(norank-p-Saccharibacteria)、 沼 桿 菌 屬(Paludibacter)、Cloacibacterium、地桿菌屬(Geobacter),其豐度分別為24.33%、12.19%、9.58%、4.35%。

    有研究表明, 叢毛單胞菌科未知屬(unclassified-f-Comamonadaceae)屬于好氧反硝化菌,能高效去除氨氮和亞硝酸鹽氮[22];黏球菌屬(Haliangium)與NO-3-N 含量呈顯著正相關(guān),和系統(tǒng)中碳氮比(C/N) 呈顯著負(fù)相關(guān)[23];暫定Magasanikbacteria未知菌屬(norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria)和系統(tǒng)中有機(jī)碳含量呈極顯著負(fù)相關(guān)[24]。在本研究中,C-CW-MEC 中的黏球菌屬(Haliangium)和暫定Magasanikbacteria未知菌屬(norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria)為優(yōu)勢(shì)菌群,這就表明C-CW-MEC 中的COD 含量較低而氨氮、NO-3-N 含量較高,這與S3 階段顯示的C-CW-MEC的COD去除率相對(duì)高于C-CW-MFC而氨氮去除率相對(duì)低于C-CW-MFC 的結(jié)果一致。但是由結(jié)果可知,C-CW-MEC 的NO-3-N 含量明顯低于C-CW-MFC,是因?yàn)镸EC 為系統(tǒng)陰極提供了大量額外的電子,使得C-CW-MEC 中的叢毛單胞菌科未知屬(unclassified-f-Comamonadaceae) 豐度(5.81%)明顯高于C-CW-MFC(2.23%),從而增強(qiáng)了其反硝化過(guò)程。另外,A-CW-MEC 中擬桿菌科vadinHA17 (norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17)的豐度(4.11%)高于A-CW-MFC(3.34%),該細(xì)菌是一種兼性厭氧菌,能通過(guò)降解系統(tǒng)中多種復(fù)雜有機(jī)物為反硝化過(guò)程提供碳源,實(shí)現(xiàn)碳氮的協(xié)同削減說(shuō)明MEC 同時(shí)促進(jìn)了系統(tǒng)陽(yáng)極的反硝化作用[25]。綜上,雖然CW-MEC 的氨氮去除率相對(duì)于CWMFC 略低,但是其反硝化作用明顯比CW-MFC 更強(qiáng),在今后的研究中,適當(dāng)增加CW-MEC 系統(tǒng)中的有機(jī)碳含量,提高C/N,能夠有效提高該系統(tǒng)的有機(jī)物和氮的去除。

    3 結(jié)論

    (1)降低CW-MEC 系統(tǒng)HRT 的同時(shí)在陰極增加曝氣,會(huì)有效提高系統(tǒng)的COD和氨氮去除效率,系統(tǒng)COD 和氨氮的最高去除率分別達(dá)到99.11%和97.35%。

    (2)連續(xù)曝氣會(huì)使CW-MEC 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在155mV 左右,外加電壓使得CW-MEC 系統(tǒng)內(nèi)阻明顯降低,增強(qiáng)了電子的傳遞。

    (3)MEC 能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供H2和額外的電子,提高了C-CW-MEC 中叢毛單胞菌科未知屬(unclassified-f-Comamonadaceae)的豐度(5.81%)和 A-CW-MEC 中vadinHA17 (norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17)的豐度(4.11%),從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的反硝化過(guò)程。

    (4) 通 過(guò) 測(cè) 定 并 分 析 系 統(tǒng) 的Shannon、Simpson、Chao1 和ACE 指數(shù)可知,相對(duì)于CWMFC 系統(tǒng),CW-MEC 系統(tǒng)具有更高的微生物多樣性。

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