Page 213 - 《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 · 209 ·

图 4 CW-MF 耦合系统出水温度
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Fig.4 Effluent temperature of CW-MFC coupling system

的强化去除主要依赖于产电过程，尤其是阴极的作
用，即利用阴极作为电子供体将氧化态氮还原成氮
气。本研究 中 CW-MFC 耦合系统 较 CW-MFC 具
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有更高的输出电压和功率密度，因 此 CW-MFC 的
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脱氮效率可能更依赖于阴极脱氮过程。由于阴极置
于气-液界面处，直接与空气接触，因此温度的下降对
阴极脱氮过程影响较大，从而导 致 CW-MFC 耦合
2
系统脱氮效率降幅大 于 CW-MFC1。综上，本研究通
过添加活性炭颗粒构建三维阳极体系，增大了系统
的产电性能，但该系统对氨氮和总氮的去除却没有
持续性的强化效果，该系统对不同污染物的去除效
果，尤其是对污染物的还原去除效果还有待进一步
考证。
2.3 电极微生物群落结构解析
为进一步解析不同阳极设置 对 CW-MF 耦合
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系统产电和污染物去除性能的影响， 对 2 套耦合系
统电极区域的样品进行了微生物群落结构分析，得
到门水平和属水平上阳极和阴极的微生物群落结构
组成，分别如 图 5 所示。由 图 5 可知， 套耦合系统
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阳极样品中出现的优势菌门较为相似，而阴极组成
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图 3 CW-MF 耦合系统出水污染物浓度及其去除率 则相差较大。由 图 5（a）可知，CW-MFC 和 CW-MFC2
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Fig.3 Pollutant effluent concentrations and removal 耦 合 系 统 中 阳 极 的 优 势 菌 门 为 变 形 菌 门
efficiencies of CW-MFC coupling system （Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门

（Planctomycetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）和拟杆
率，然而随着时间的推移和温度的降低，三维阳极体
菌门（Bacteroidetes）， 这 5 个菌门总相对丰度超过
系的氨氮和总氮去除率反而不如未添加活性炭颗粒
80%。变形菌门 是 CW-MF 耦合系统中最为丰富的
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的耦合系统。一般来说，温度降低主要是通过抑制 菌门，该菌门下的多数细菌营兼性或者专性厌氧及
植物的生长发育以及微生物的新陈代谢等生命活动 异养生活，主要功能是去除废水中有机物和氮、磷等
从而对人工湿地脱氮效率产生负面影响。然而，本 其他污染物，在人工湿地或其他污水处理工艺中也
研究 中 2 套 CW-MF 耦合系统的脱氮效率虽然均 广泛存在，通常占据较高的丰度。浮霉菌门包含一
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整体下滑， 但 CW-MFC 下降更为明显。X 等 [15] 类专性厌氧的无机自养细菌，即厌氧氨氧化细菌，该
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的研究表明，CW-MF 耦合系统阴极数量的增多可 细菌可将氨氮和亚硝酸盐氮转化为氮气，对含氮污
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显著增大耦合系统的产电性能，进而强化系统的总 染物的去除有着重要的作用 [16-17] 。 套系统的阳极
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氮去除率，这同时也说 明 CW-MF 耦合系统对氨氮 样品中绿弯菌门和拟杆菌门的相对丰度相差不大，
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