摘要: 全球经济快速发展，水环境污染问题和污泥问题都将日益严重。目前研究的各种污水处理工艺中，污泥的产生量巨大，对环境造成了非常大的危害。微生物燃料电池是一种新兴的有机废物资源化技术，该项技术具有废水处理和电能回收的双重功能，根据能量守恒定律，一定量的电能回收，使微生物用于自身分裂繁殖的能量减少，从而使产生的污泥量减少，该技术与污水处理结合，为有机废物的更好的资源化利用提供了新的思路。 本文中设计两套相同的反应器，一套是类a/O式无膜微生物燃料电池反应器，一套改装成传统的a/O反应器。在相同的运行参数条件下，以城市生活污水为处理对象进行对照试验，结合环境分析手段，分析反应器处理污水的效果，同时再根据电化学原理，对MFC的极化特性，内电阻值，功率密度，库伦效率等进行分析，对污泥中有机物的胞外生物有机质(简称EBOM)进行提取，再通过XAD-8/XAD-4树脂分级，对分级提取的各组分进行红外光谱法，荧光光谱法等特征性分析，同时分析各种组分的的含量。 研究表明，类A/O式无膜MFC以生活污水作为接种源以及培养基质，经35d培养，成功启动，进入稳定运行状态。类a/O式无膜MFC反应器对污水的处理效果较好，COD去除率90％，氨氮去除率80％。阴极的氧催化反应是MFC电池性能主要控制关键，阴极和阳极电位均表现平稳，阴极电位在0.10V左右变化，阳极电位在-0.23V变化，电池稳定电压输出0.43V。同时研究发现该类a/O式无膜MFC的内电阻是358Ω，最大输出功率是0.078W/m~3，库伦效率是1.12％。 类a/O式无膜MFC系统与A/O系统对比，均有较好的处理效果。类a/O式无膜MFC系统的出水COD值32.39mg/L，去除率是89％以上，氨氮则是2mg/L左右，去除率是92％。但随着水力停留时间的减少，A/O和MFC反应器的处理效果均产生了较大变化，COD去除率的影响较小，氨氮的去除效果迅速下降。水力停留时间从24h变化到8h，氨氮去除率从90％下降到30％。同时出水硝态氮浓度也迅速降低，从30mg/L降到5mg/L，而内电阻先增后减，功率密度和库伦效率持续降低。采用间歇曝气方式，控制好曝气模式，可有效的增加反应器对污水中有机物以及氨氮的去除，同时对无膜MFC系统的产电性能的影响较小。四种曝气模式下的开路电压分别是0.428V、0.445V、0.430V和0.399V，内电阻是430Ω、410Ω、378Ω和510Ω，最大输出功率密度分别是0.134W/m~3、0.141W/m~3、0.150W/m~3和0.093W/m~3。库伦效率分别为1.79％、1.84％、1.90％和1.2％。 类a/O式无膜MFC反应器内产生的污泥，污泥量是850mg/L，污泥沉降指数是123mL/g，这两方面均比对照的a/O系统好，同时类a/O式无膜MFC系统污泥EBOM中，荧光性物质除了有溶解性微生物产物和芳香性蛋白质，还在HPO-N和TPI-a中，存在利于MFC微生物传递电子的腐植酸类物质荧光团。
关键词: 微生物燃料电池；无膜；生活污水；连续流；污泥；产电
