好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池产电性能及微生物群落动态特征

摘要

[目的]为探讨好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及MFC对微生物群落的选择作用,[方法]以乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生物学技术解析单室MFC启动过程中微生物群落的组成和结构动态学特征.[结果]结果表明,MFC经过3个周期启动成功,最高输出电压230 mV.当MFC外电阻为1656 Ω时,最大功率密度11.15W/m3,电池运行稳定.混合污泥启动MFC以后,阳极生物膜微生物群落结构同种泥差异较大,且多样性降低.生物膜中微生物类群按丰度依次为β-变形菌纲(Betaproteobacteria) 24.90％、拟杆菌门(Bacteroidetes) 21.30％、厚壁菌门(Firmicutes)9.70％、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria) 8.50％、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria) 7.90％、绿弯菌门(Chloroflexi) 4.20％以及α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)3.60％.有利于生物膜形成与稳定的动胶菌属(Zoogloea)和不动杆菌属(Acinetobacter)序列丰度分别占生物膜群落的5.00％和3.90％,与MFC产电能力直接相关的地杆菌属(Geobacter)序列由混合污泥中的0.60％上升至阳极生物膜中的2.60％.[结论]本研究表明,MFC阳极生物膜在驯化过程中对污泥中的微生物进行淘汰和选择,最终驯化形成了有利于生物膜形成与稳定、有机物厌氧发酵与产电的微生物菌群.