● 摘要
水体的富营养化问题越来越受到人们的重视。废水脱氮是解决富营养化问题重要途径。传统的处理工艺需要能耗与碳源，而利用生物电化学系统（BES）脱N，不仅可以将化学能转化为电能对外输出，而且在低C/N下就能够实现脱N，是一项低碳生物技术，越来越受到人们的关注。
本研究利用三电极法驯化培养自养型的生物阴极，实现了在不添任何有机碳源的情况下生物脱N过程。实验结果表明，该生物阴极对NO3-的脱N率最高可以达到87%，对NO2-的脱N率可以达到85%。此外，研究还发现对于不同底物，反硝化速率与底物浓度的关系基本符合酶促反应动力学，即随着底物NOx-浓度由低到高，反应速率增加并逐渐趋向于最高反硝化速率Vmax。根据米氏方程拟合，得到NO3-与NO2-的最大反硝化速率Vmax(NO3-)和Vmax(NO2-)分别为49.525 g·L-1·d-1·m-2和29.057 g.L-1·d-1·m-2，半速率常数(KS,NO3-，KS,NO2-)分别为0.604 g·L-1和0.810 g·L-1。另外，生物阴极的电势对微生物反硝化的反应速率的影响很小，但对电催化反硝化的速率影响比较大。通过16S rDNA基因以及四种反硝化基因nirS、nirK、norB、nosZ作为分子标记，利用分子生物学技术对生物阴极上的微生物种群多样性及反硝化功能基因进行分析，验证了生物阴极上反硝化菌的存在。通过shannon指数比较样品的多样性为：NO3-+NO2->原污泥>仅有NO3->仅有NO2-。
本研究为BES脱N工艺的提供了一种较好的生物阴极驯化培养方法。