异养硝化-好氧反硝化菌功能化生物阴极强化高盐富氨废水长期脱氮与产电性能研究

《Bioresource Technology》：Long-term enhanced nitrogen removal and power generation in high-salinity ammonium-rich wastewater treatment via heterotrophic nitrifying-aerobic denitrifying bacteria-functionalized biocathodes

本推荐介绍一项利用异养硝化-好氧反硝化菌（HNADB）功能化生物阴极的单室微生物燃料电池（SCMFC）处理高盐度富氨废水（氨氮>150 mg/L，盐度>1.0%）的研究。该系统实现了92.5%的总氮去除率和2.2 mg/(L?h)的去除速率，最大功率密度为自养硝化菌（ANB）生物阴极系统的1.4倍，并稳定运行350天。研究揭示了胞外电子传递（EET）与胞内电子传递（IET）的双向激励是关键机制，为高盐难降解废水处理提供了高效策略。

　　

Highlight

接种污泥与实验用水

接种的活性污泥来自处理腌制食品生产所产生高盐废水的全尺度厌氧-好氧生物反应器的缺氧区和好氧区。阳极接种使用厌氧区的污泥。好氧区的污泥用于富集两种功能微生物群：异养硝化-好氧反硝化（HNAD）和自养硝化（AN）菌群。HNAD和AN污泥用于阴极接种。用于...

HNADI和ANI的性能表现

经过培养后，ANI和HNADI均表现出令人印象深刻的NH₄⁺-N去除效率（～100.0%）（图1）。然而，ANI的总氮（TN）去除效率仅为6.4%，NO₃^–-N和NO₂^–-N的积累水平分别达到114.7 mg/L和24.6 mg/L（图1a）。相反，HNADI在好氧条件下显示出优异的脱氮能力（TN去除率 > 99.1%），NO₃^–-N和NO₂^–-N的积累水平分别仅为1.1 mg/L和0.1 mg/L（图1b）。此外，化学需氧量（COD）去除...

结论

构建高效脱氮的SCMFCs是一个持续的挑战。本研究首次证实，实验室规模的HNADB功能化生物阴极SCMFCs在处理高盐富氨废水时能够实现长期增强的脱氮和产电性能。电化学分析表明，氧化还原介体和电极生物膜的赝电容在胞外电子传递（EET）中起着关键作用。增强的微生物代谢表明，HNADB功能化生物阴极生物膜中EET与胞内电子传递（IET）之间的双向激励可能是驱动脱氮和产电增强的关键因素。此外，氧化还原介体（主要是黄素和细胞色素c）和电极生物膜赝电容可能在EET中扮演重要角色。这项研究为改善高盐富氨废水处理提供了一种潜在的有效策略。