硫自养污泥构建电营养反硝化系统优化地下水硝酸盐污染修复研究

本研究系统比较了异养、铁自养和硫自养污泥作为阴极接种源在微生物燃料电池（MFC）中的性能，发现硫自养污泥在电营养反硝化系统中表现最优，其氮去除率（3.86 mg·L?1·d?1）和功率密度（3.91 W·m?3）最高，关键菌属（Rhodanobacter和Thiobacillus）的富集揭示了电营养反硝化的微生物机制，为低碳氮比废水处理提供了新技术路径。

　　

Highlight

MFC构建

本实验采用双室微生物燃料电池（MFC）反应装置。反应室由有机玻璃制成，阴极室和阳极室有效体积均为252 mL，尺寸为60 mm × 60 mm × 70 mm。两室之间由质子交换膜（PEM, N117, Nafion?, USA）隔开。综合考虑成本、材料利用率和微生物覆盖面积等因素，选择平面碳毡（65 mm × 55 mm × 2 mm）作为电极材料。

反应器启动阶段的氮去除效率

整个过渡过程分为六个阶段，不同生物阴极系统的硝酸盐积累和去除效率如图1所示。

根据图1，微生物反硝化过程由可溶性电子供体（COD、Fe²⁺、S^2-）和不溶性电子供体（电极）共同驱动。闭路组和开路组之间氮去除率的差异表明了不溶性电子供体（电极）的贡献。

Conclusion

本研究全面分析了铁自养反硝化污泥、硫自养反硝化污泥和异养反硝化污泥作为微生物燃料电池（MFC）阴极接种物时所表现出的性能差异。在氮去除率和发电性能方面，硫自养组对电自养反硝化系统的适应性最强，并能最快地转变为利用电极作为电子供体。