题目：嵌入微生物燃料电池对AA/O污水处理工艺脱氮除磷的影响及相关研究

水环境问题，一直是环境学家关注的焦点。其集中问题体现在水体富营养化上。水体富营养化的主要原因是水体中氮、磷元素的超标。厌氧/缺氧/好氧（Anaerobic/Anoxic/Oxic, AA/O）工艺是一种较常见的能够脱氮除磷的污水处理工艺，但由于碳源源竞争等种种原因，其对不同污染物的处理效率难以同时达到很高。微生物燃料电池技术中的反硝化生物阴极型可以在去除COD的同时将NO3-还原成N2，有望成为AA/O工艺优化的一种方法。本研究将微生物燃料电池技术（Microbial Fuel Cell, MFC）与AA/O工艺相结合，将阳极材料置于厌氧区，阴极材料置于缺氧区，探究嵌入微生物燃料电池强化AA/O工艺脱氮除磷的可行性。现场验证性实验表明，将MFC嵌入AA/O工艺后对污染物中化学需氧量（Chemical oxygen demand, COD）、总氮（Total nitrogen, TN）、总磷（Total phosphorus,TP）的去除有一定的促进作用，分别可以将出水指标平均提高15.93%、9.25%和1.35%，验证了将MFC嵌入AA/O污水处理工艺以提高污染物去除率的可行性。嵌入的MFC启动后稳定运行，在外接负载为2000 Ω的情况下，平均输出电压为168.8 ± 8.2 mV，平均输出功率密度为14.28 ± 1.39 mW/m3，但电池的内阻偏高，库伦效率低。今后可对该反应器构型进行优化，使质子传递能力更强，从而达到性能的提高。为了更深入地了解其机制，我们对反应器结构进行了优化设计，并启动运行优化后的反应器。改变反应器的运行参数，以探究反应器内部变化对运行状况产生的影响。在阳极材料相同的情况下，阴极材料采用碳布或碳刷（相同体积碳纤维）时，产电效果差别不大，均在120 mV左右。投影面积在3500 mm2时，两组反应器的产电情况均优于投影面积为1750 mm2时。因此，反应器运行稳定时，在一定的范围内投影面积越大，MFC的输出电压越大。电极间距相差140 mm时，两组反应器的产电情况均优于260 mm的电极间距。因此，反应器运行稳定时，在一定范围内阴、阳极之间距离越小，MFC的输出电压越大。对现场实验数据进行灰色关联度分析，探究反应器输出电压、污染物的去除与外部环境条件之间的关系。结果显示对MFC输出电压影响最大的反应器运行参数分别为气温、进水TN和进水COD；与COD去除密切相关的三个因素为：气温，污泥浓度（Mixed liquid suspended solids, MLSS）和进水COD；与出水TN的去除密切相关的三个因素为：进水TN，MLSS和进水pH；与出水TP密切相关的三个因素为：进水TN，MLSS和进水COD。最后本文对嵌入微生物燃料电池强化厌氧/缺氧/好氧工艺脱氮除磷的方法进行了费用效益分析，结果表明实行此方法可以带来直接的经济效益，在带来巨大经济效益的同时，环境质量也得到了保证，达到了环境效益与经济效益这两个矛盾体的双赢，从而创造更多的社会效益。