基于发电-除污连续流MFC系统的运行及微生物群落分析

摘要

微生物燃料电池（MFC）作为一种新型的生物处理技术，其不仅能够实现有机废水的厌氧处理，还能够利用其特殊构造协同处理重金属废水并实现产电。具有清洁、易操作及产能稳定等优点。本研究对传统间歇型微生物燃料电池（MFC）进行了改良，与CSTR构型进行了结合，成功构建新型连续流微生物燃料电池。在厌氧条件下以产电微生物作为催化剂，在探索连续流 MFC生物发电能力的同时，考察其处理有机废水（糖蜜废水与中药废水）与重金属废水（Cr6+离子、1000 mg/L）的效果。同时，利用高通量测序技术对以中药废水为底物的MFC接种前后的活性污泥进行了生物信息学分析。
　　实验结果显示，在外加电阻1000?条件下考察不同阳极底物的产电能力，当以糖蜜废水为阳极底物时的最大电压137.8 mV，功率密度0.258 mW/m2，库伦效率为3.55%；中药废水为阳极底物时的最大电压228.1 mV，功率密度0.443 mW/m2，库伦效率6.58%。相比之下，中药废水组的产电能力要优于糖蜜废水组。随着系统的运行，废水处理效果愈发显著，其中中药废水组的 BOD去除率为62.14%， Cr6+的去除率为15.94%，均要高于糖蜜废水组59.24%与11.55%。但是中药废水组的最高 COD去除率32.53%却低于糖蜜废水组的49.53%。但是中药废水组的最高 COD去除率32.53%却低于糖蜜废水组的49.53%。通过热图，对接种前污泥样品 L1与稳定运行后样品 L2进行了微生物群落“属”水平上的对比。发现无论是在 L1或 L2样品当中，丙酸杆菌属(Propionibacterium）及丙酸杆菌科的 Propionibacteriaceae_unclassified均占据优势地位。根据颜色进行判断发现，螺旋藻瘤胃菌（Ruminococcaceae_incertae_sedis）等几个属的微生物所占比例明显增加；而乳球菌属（Lactococcus）等属的微生物群落所占比例明显下降。这说明，随着系统的运行，中药环境在不断的改变着阳极中微生物群落的组成，微生物对于阳极中药环境的适应程度是其能否成为优势菌的决定因素。

目录

1绪论

1.1课题背景

1.2 MFC基本原理

1.3 MFC的类型

1.4 MFC对于污水处理的应用

1.5 MFC电子传递机制

1.6产电微生物

1.7研究的内容与意义

2实验材料与方法

2.1 实验装置

2.2实验材料、试剂及主要仪器

2.3质子膜处理的预处理

2.4 MFC参数的测定及计算方法

2.5微生物群落结构分析方法

2.6本章小结

3连续流MFC的生物发电与废水处理

3.1序言

3.2连续型MFC的产电性能

3.3极化曲线与功率密度曲线分析

3.4 COD变化情况分析

3.5 BOD变化情况分析

3.6以不同底物为阳极的MFC库伦效率

3.7以不同底物为阳极的MFC金属离子去除率

3.8本章小结

4微生物阳极微生物群落结构分析

4.1序言

4.2稀疏曲线

4.3层次聚类分析

4.4群落结构分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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