Page 211 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 李朝明等：不同阳极设置对人工湿地-微生物燃料电池脱氮及产能的影响 · 207 ·

注：尺寸数字的单位 为 cm。
图 1 CW-MF 耦合系统试验装置示意
C
Fig.1 Schematic diagram of CW-MFC coupled system test devices

长势良好，植株高度从初始 的 40 c m 长 到 88 c m 左 公式如下：
右。耦合系统完成接种驯化后，进入正式试验阶段， J = U/R ex S （1）
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J
时间 为 202 年 8 月 8 日—1 月 2 日， 共 105 d。正 式中： 为电流密度，mA/m ； U 为电池阳、阴两极的
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式试验时，采用蠕动泵从耦合系统底部连续泵入人 电压差，mV；R 为外电阻，Ω； 为阳极石墨毡面积，
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S
e
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工模拟配水，进水流量 为 1.8 mL/min，水力停留时间 m 。CW-MF 的总内阻则是通过计算极化曲线中线
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（HRT） 为 24 h。人工模拟配水由乙酸钠、磷酸二氢 性区域的直线斜率求得。同理，功率密度采用欧姆
钾、氯化铵、氯化钠等以自来水配置而成，配置药剂 定律计算，公式如下：
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均为分析纯。试验过程进水水质指标：CO 为 303～ P = U /R ex S （2）
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331 mg/L，氨氮浓度为 28.65～30.15 mg/L，水温为 式 中 P 为功率密度，mW/m 。
15.0～30.8 ℃，p 为 6.9～7.2。 2 套系统间的差异统计计算使 用 SPSS Statics
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1.3 水样和电化学信号的采集与分析 22. 软件进 行 one-way ANOVA （α=0.05）分析，所有
在各耦合系统的取样 口 1 处取 约 100 m 水样， 统计结果 在 P<0.0 时认为差异显著。
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L
水温采用便携式多参数分析仪（DZB-712）现场测定， 1.4 电极微生物群落分析
其他水质指标（总氮、氨氮、COD）参考《水和废水监 试验结束后，取 出 CW-MFC 和 CW-MFC 耦
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测分析方法》 版进行测定。其中，氨氮浓度采用纳 合系统的阳极和阴极石墨毡，分别命名 为 1a、2a、
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氏试剂分光光度法测定，总氮浓度采用碱性过硫酸 1 和 2c。将石墨毡样品剪成尽可能细小的碎片，以
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钾紫外分光光度法测定，CO D 采用哈 希 CO D 消解 使样品表面的微生物可以与裂解液充分接触从而释
仪（DRB200，HACH，美国）快速消解后利用分光光度 放更多 的 DNA。样品送至上海生工生物工程有限
计测定。 公司进行高通量焦磷酸测序分析，以研究微生物群
CW-MF 耦合系统输出电压通过数据采集器 落结构。样品参照试剂 盒 E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil
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（R6016/U，上海继升电器有限公司） 每 5 mi 记录一 DNA Kit（OMEGA，美国）进 行 DN A 提取。采用引
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次。极化曲线表征的 是 MF 电压与电流密度的关 物 341F/8056 用 于 PC 扩增细 菌 V3～V 区 16S
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R
C
系，常用于分析和描 述 MF 产电性能。采用手动改 rRN 基因。将扩增好 的 PC 产物 的 2 个末端加上
R
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A
变外电阻的方式测 定 CW-MF 的极化曲线，调节外 接头，采 用 Illmnin 公司 的 Mise 测序仪进行测序分
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q
a
电阻 从 5 万 Ω 到 5 Ω，每个阻值下稳 定 15 min，并记 析。测序得到的数据通过过滤和去除低质量碱基处
录电阻两端的电压。电流密度采用欧姆定律计算， 理后，得到有效序列。使 用 Usearc 软件 按 97 % 的
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