Page 197 - 《精细化工》2022年第1期

第 39 卷第 1 期 精 细 化 工 Vol.39, No.1
202 2 年 1 月 FINE CHEMICALS Jan. 2022

水处理技术与环境保护
微生物燃料电池处理丙酮和氨氮废水及

同步产电性能

刘远峰 1,2 ，王 乐 1,2 ，张秀玲 1,2* ，郏文龙 1,2 ，

任婷莉 1,2 ，郭开祥 1,2 ，李从举 1,2*
（1. 北京科技大学 北京市高效节能与环保工程研究中心，北京 100083；2. 北京科技大学 能源与环境
工程学院，北京 100083）

摘要：利用阴离子交换膜作为分隔膜构建了生物阴极微生物燃料电池（MFC），通过硝化反硝化过程去除氨氮、
降解丙酮同时产电。考察了丙酮质量浓度对 MFC 产电性能及氨氮（质量浓度 200 mg/L）和化学需氧量去除率
的影响，采用高通量测序技术分析了阳极及阴极微生物群落结构。结果表明，在丙酮质量浓度为 50~700 mg/L
范围内，丙酮的去除率均在 96%以上；当丙酮质量浓度>300 mg/L 时，氨氮的去除开始受到抑制，氨氮最高去
除率为 73.7%，且丙酮质量浓度为 300 mg/L 时，对应的 MFC 的产电性能最佳，最高输出功率密度可达
2
49.7 mW/m 。从门级分类上看，阳极中的优势微生物群落主要为变形菌，拟杆菌门及厚壁菌门；阴极上的优
势微生物群落为拟杆菌门、放线菌门、变形菌门及酸杆菌门。从属级分类上看，阳极主要的优势菌种为
Comamonas、Acetoanaerobium、Stenotrophomonas。阴极主要的优势菌种为 Rhodococcus、Aridibacter、Thauera、
Ignavibacterium。
关键词：微生物燃料电池；硝化反硝化；丙酮；氨氮；功率密度；水处理技术
中图分类号：X783 文献标识码：A
文章编号：1003-5214 (2022) 01-0187-07 开放科学 (资源服务) 标识码 (OSID)：

Treatment of acetone and ammonia-nitrogen wastewater and
simultaneous power generation using microbial fuel cell

1,2
1,2
1,2
LIU Yuanfeng , WANG Le , ZHANG Xiuling 1,2* , JIA Wenlong ,
1,2
1,2
REN Tingli , GUO Kaixiang , LI Congju 1,2*
（1. Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Energy Conservation and Environmental Protection,
University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. School of Energy and Environmental
Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China）
Abstract: Biocathode microbial fuel cell (MFC) was constructed by using anion exchange membrane as
separator, which could remove ammonia nitrogen by simultaneous nitrification and denitrification process,
degrade acetone and generate electricity. The effects of acetone mass concentrations on electricity
generation performance of MFC, ammonia nitrogen (mass concentration 200 mg/L) removal rate and
chemical oxygen demand removal rate were investigated. The microbial communities of anode and cathode
were analyzed by high throughput sequencing technology. The results showed that the removal rate of
acetone (mass concentration in the range of 50~700 mg/L) was more than 96%. When acetone mass
concentration was higher than 300 mg/L, the removal of ammonia nitrogen began to be inhibited, and the
highest removal rate of ammonia nitrogen was 73.7%. Besides, when acetone mass concentration was 300
mg/L, the corresponding MFC achieved the highest electricity generation performance with the highest

收稿日期：2021-07-22; 定用日期：2021-09-10; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210749
基金项目：国家自然科学基金（51973015）；中央高校基本科研业务费专项资金（06500100，0612062）；北京市青年人才托举工程
作者简介：刘远峰（1990—），男，博士生，E-mail：liuyuanfeng1113@126.com。联系人：张秀玲（1989—），女，博士，E-mail：zxl3705@
sina.com；李从举（1972—），男，教授，E-mail：congjuli@126.com。