Page 212 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 208 · 环境工程技术学报 第 13 卷

相似性将有效序列进 行 OT U 聚类，得 到 OT U 代表 入阳极有效增大了系统的产电性能。CW-MFC 耦
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序列。采 用 RDP classifie 贝叶斯算法 对 OT U 代表 合系统所采用的平板状石墨毡阳极，理论上只能收
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序列进行分类学分析，并分别在门和属水平上统计 集电极附近“短距离”区域内污染物转化产生的电
每个样本的群落组成。 子； 而 CW-MFC 耦合系统所采用的活性炭颗粒和
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石墨毡组成的复合电极可有效提高石墨毡的作用范
2 结果与讨论
围，提高阳极电子的收集量，进而提高系统的产电性
2.1 产电性能比较 能。由 图 2（b）可知，CW-MFC 和 CW-MFC 耦合
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CW-MF 耦合系统外电路电压、功率密度曲线 系统的最大功率密度分别 为 7.7 和 8.39 mW/m ，且
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和极化曲线如 图 2 所示。由 图 2（a）可知，CW-MFC1、 CW-MFC 比 CW-MFC 电压降低更为明显。一般
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CW-MFC 平 均 输 出 电 压 分 别 为 25 和 298 mV， 而言，MF 的总内阻由欧姆内阻、活化内阻、扩散内
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其 中 CW-MFC 耦 合 系 统 的 输 出 电 压 显 著 高 于 阻 3 个部分组成 [10] 。随着电流密度的增加，输出电
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CW-MFC 耦合系统。此外，CW-MFC 耦合系统输 压因欧姆内阻近似呈线性下降，因此可通过极化曲
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出电压的稳定性明显要高 于 CW-MFC1。本研究结 线的斜率求 得 CW-MF 耦合系统的表观内阻，其分
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]
果 与 Srivastav 等 的研究结果相近，活性炭颗粒引 别 为 42 和 329 Ω。
[9
a
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图 2 CW-MF 耦合系统外电路电压、功率密度曲线和极化曲线
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Fig.2 Output voltage, power density curve, and polarization curve of CW-MFC coupling system

2.2 污染物去除效果比较 合系统的氨氮和总氮去除率均整体下滑，其 中 CW-
试验运行过程 中 CW-MF 耦合系统污染物去 MFC 下降更为显著。此外，整个运行期 间 CW-MFC2
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除性能变化如 图 3 所示。由 图 3(a 和 图 3(b 可知， 耦 合 系 统 的 CO D 去 除 率 为 94.00%±5.39% ， 高于
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)
随着运行时间的延长，CW-MFC 和 CW-MFC 耦合 CW-MFC1（90.97%±5.40%），此结果也 与 Srivastava
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系统的氨氮和总氮去除效果呈现出不同的变化趋 等 的报道一致。
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势。在试验运 行 0～29 d，CW-MFC 耦合系统的氨 植物吸收和微生物代谢被认为是人工湿地去除有
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氮去除率 为 65.72%±3.06%，显著高 于 CW-MFC 的 机物和营养盐的主要方式 [11-13] 。对于上流 式 CW-MFC
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56.06%±3.71%（P<0.05），而二者的总氮去除率相差不 耦合系统来说，有机物的强化去除主要集中在湿地
大，分别 为 43.48%±5.72 % 和 43.63%±5.00%（P>0.05）。 的阳极区域，而氮的强化去除则主要是作为阴极电
随着时间的推移，CW-MFC 耦合系统的氨氮和总氮 子受体，接收阳极传递的电子从而将氧化态氮还原
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去除率逐渐高 于 CW-MFC2，尤其总氮去除更为显 成氮气。三维阳极体系 在 CW-MF 耦合系统中的
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著。30～105 d，CW-MFC 耦合系统的氨氮和总氮去 构建一方面显著增强了阳极的电子传递效率，提高
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除率分别 为 55.75%±6.47 % 和 42.69%±4.19%，显著 了系统的产电性能〔 图 2（b）〕，另一方面也因此提高
高 于 CW-MFC 的 2 48.40%±8.47 和 32.50%±11.51% 了有机物的去除率〔 图 3(c)〕。以往的研究结果也显
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（P<0.05）。整个试验过程中，总氮和氨氮去除率总 示，CO 的去除率往往与产电性能呈正相关 [14] 。然
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体呈现下降的趋势，这可能与试验运行期间外界气 而，总氮和氨氮的去除率却并没有 如 CO 一样呈现
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温变化导致水温的持续降低有关（ 图 4）。例如，当水 类似的变化趋势。如前所述，试验运行前期，三维阳
温 从 28 ℃ 逐渐降低时，CW-MFC1 和 CW-MFC 耦 极体系可有效强 化 CW-MF 耦合系统的氨氮去除
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