Page 226 - 《精细化工》2023年第12期

·2768· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

达到 51.76%，在 3 组 MFC 中降解率相对较高，猜 中 Fe 3 O 4 @生物炭的介入更大程度地促进了鸡粪发
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测 Fe 3 O 4 @碳毡作为阳极电极除了提高产电效果外， 酵液中 NH 4 -N 的降解。在阳极室厌氧环境中，反应
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碳毡表面形成的生物膜与纳米 Fe 3 O 4 协同作用，吸 后 ML3 的 NO 3 -N 与 NO 2 -N 含量最高，从开始的
引微生物富集，促进 COD 降解，但降解率仍稍低于 （731.57±23.86）mg/L 增大到（1670.15± 27.33）mg/L，
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部分文献中报道的研究处理废水的 MFC。例如： 与反应前基质相比增加了 56%。NO 3 -N 与 NO 2 -N 理
WANG 等 [25] 利用实验室合成废水研究温度对 MFC 的 论上应在 MFC 阳极室反硝化菌 [27] 的作用下生成 N 2 ，
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影响，在 35 ℃时，出水 COD 残留量为 247.78 mg/L， 但在本次实验中反应后 NO 3 -N 与 NO 2 -N 值增大，
COD 降解率最高为 73.98%；MIRAN 等 [26] 评估了含 猜测阳极室发生的厌氧氨氧化反应较弱，或在前期
多壁碳纳米管（MWCNT）废水的 MFC 性能，其中 加入进料液时未对 MFC 反应器进行排空气处理导
COD 降解率高达 84.7%。不同于成分比较单一的废 致阳极室存在少量 O 2，而且反应过程中进行取样工作
水，鸡粪发酵液组分相对复杂，难降解有机质较多。 时使得少量 O 2 进入了阳极室，MFC 发生了部分硝化
所以，猜测本研究 COD 降解率较低与鸡粪发酵液中 反应，这为后续实验中 MFC 构型改进提供了思路。
含有较多难降解有机组分有关。 2.4 MFC 阳极菌群分析
为了研究 MFC 阳极底物和阳极碳毡的微生物
群落分布情况及 MFC 降解污染物的潜在功能，根据
微生物不同的相似度水平对所有序列进行聚类划分
后，对 97%相似水平下的操作分类单元（OTU）采
用高通量测序技术进行分析 [25] 。
反应后 MFC 阳极出料液及碳毡的微生物群落
稀释性曲线如图 6 所示。从图 6 可看出，随着测序数
据量的增加，所有样本曲线均增大直至趋于平缓 [28] ，
说明测序数据量足够，可以支撑分析微生物群落结构。

图 5 沼液中 COD 含量及 MFC 阳极沼液的 COD 降解率 图 6 反应后出料液及碳毡的微生物群落稀释性曲线
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（a）和沼液中 NH 4 -N，NO 3 -N 与 NO 2 -N 含量（b） Fig. 6 Dilutability curves of microbial communities in the
Fig. 5 COD content in the digestate and COD degradation post-reaction effluent and carbon felt
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rate of MFC anode digestate (a) and NH 4 -N, NO 3 -N
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and NO 2 -N content in the digestate (b) 反应后出料液及碳毡的微生物群落多样性指数
如表 2 所示，利用不同指数分析微生物群落的丰度
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沼液中 NH 4 -N、NO 3 -N 与 NO 2 -N 含量及其在
和多样性。表 2 显示，反应后 3 组 MFC 阳极碳毡生
MFC 阳极中的变化情况如图 5b 所示。氮在沼液中 物膜的微生物 OTU 数均高于阳极反应底物，其中
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通常以 NH 4 -N 的形式存在，NH 4 -N 含量高低代表了 ML2 和 MS2 的 OTU 数均为最高。通过 Ace 和 Chao
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沼液中含氮有机物的降解水平以及微生物对 NH 4 -N 分析可以看出，ML2 和 MS3 的物种总数最高，证明
的转化情况。如图 5b 所示，反应 17 d 后，ML1 和 纳米Fe 3O 4 在鸡粪发酵液作为基质的MFC产电过程中
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ML2 的 NH 4 -N 含量相当，分别为（1107±39.29）mg/L 可以富集更多种类的微生物。Shannon 和 Simpson 指
（降解率 83.72%）、（1041.43±41.14）mg/L（降解率 数用来估算样品中微生物的多样性 [29] ，ML2 和 MS1
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84.69%），ML3 的 NH 4 -N 含量最低，由（6800.14± 的 Shannon 指数最高，但 ML1 和 MS1 的 Simpson
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57.86）mg/L 降至（689.14±37.29）mg/L，NH 4 -N 降 指数最低，说明无纳米 Fe 3 O 4 介入的空白实验菌群
解率达到 89.87%。证明利用 MFC 处理鸡粪发酵液 多样性最高，纳米 Fe 3 O 4 的介入降低了 MFC 群落结
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可以有效地降低鸡粪发酵液中的 NH 4 -N 含量，MFC 构的多样性，使某些特定菌群数量提高。