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近年来环境污染问题和能源危机日益加重,若能将污水处理的同时实现资源回收无疑是对这一危机的有效缓解。微生物燃料电池(MFC)是在微生物的催化作用下同时实现去除污染物和产生电能的装置,这也是其相较于传统污水处理工艺的优势所在。但由于MFC涉及到生物、化学电能等复杂的交叉学科,且对其研究仍处于初步阶段,因此其相关理论仍不成熟,需要进一步的研究进行完善。该论文以用活性炭颗粒和碳刷组成电极材料构建的双室型MFC反硝化系统为研究对象,研究此系统的可行性。接着在此MFC启动完成的基础上,该论文着重研究了反硝化MFC的产电和脱氮效果的影响因素。最后验证MFC降解五氯酚的可行性,拓展了MFC的污染物处理范围。主要研究结论如下:(1)以活性炭和碳刷组成电极的MFC分别用连续进水和间歇进水两种方式完成启动。当外电阻为100Ω时,连续进水式经13d连续运行后启动完成,电压稳定在246m V左右,间歇进水式经过三个周期的运行电压稳定在21.3m V左右;前者COD去除负荷和NO3--N去除负荷分别为1.209 kg/(m3·d)和44.7 g/(m3·d)后者分别为1.04 kg/(m3·d)和38.40 g/(m3·d)。通过对比可以发现连续式进水启动更有利于MFC的产电和去污性能。对运行稳定的反硝化MFC的电极材料做扫描电镜测试,发现阳极电极材料上出现大量密集的微生物菌团,以杆状菌为主。而阴极电极材料上的出现的微生物相对比较稀松,这也解释了阳极COD去除效率较高、阴极硝态氮去除量不高。(2)硝态氮浓度在一定范围内的升高有利于MFC的脱氮产电性能,而超过了这个浓度范围,MFC的性能会出现明显的下降。当硝态氮浓度为150mg/L时,功率密度和电流密度达到最大值1.83W/m3和15.63A/m3,硝态氮去除负荷达到最大值61.44g/(m3·d),内阻降到最低值53Ω。(3)随着COD浓度的逐渐升高,MFC的功率密度持续增长,当COD浓度为450mg/L时,功率密度达到最大值为1.72W/m3;COD的去除效率随COD的不断增高呈现先升高后下降的趋势,当COD浓度为400mg/L时,COD去除负荷最大值为1.26kg/(m3·d)。当COD浓度处于250mg/L时,阳极库仑效率达到最大值为13.9%。(4)MFC的功率密度随着搅拌强度的增强先升高后降低,在搅拌强度150rpm处,功率密度达到最大值15.01W/m3,MFC的内阻达到最小值57Ω。COD去除负荷受搅拌强度影响不大,始终维持在1.29 kg/(m3·d)左右。搅拌强度对MFC内硝态氮的去除负荷有很大影响,随着搅拌强度的持续增强呈现先升高后降低的趋势,搅拌强度在150rpm时,硝态氮的去除负荷达到最大值60.29g/(m3·d)。通过对不同搅拌强度下阴极室内生物膜量和出水SS浓度的分析可知,生物膜量随着搅拌强度的升高先增加后减少,出水SS浓度则会随着搅拌强度的逐渐增强而持续升高。(5)硝态氮的去除负荷和功率密度随着p H值的升高先升高后降低,当阴极进水p H值为6.5时,功率密度出现最大值为1.22W/m3,硝态氮去除负荷到达最大值为69.12g/(m3·d)。;外电阻越小越有利于硝态氮的去除,当外电阻为10Ω时,硝态氮的去除负荷最高,为55.30g/(m3·d)。阴极室内亚硝态氮的积累浓度会随着外电阻的升高而逐渐增加,外电阻为250Ω时,亚硝态氮积累浓度到达了最高值0.29mg/L。功率密度会随着外电阻的增加而逐渐减小,在20Ω处时,功率密度值最大,为1.72W/m3。(6)以氯酚为生物阴极的MFC经过17d启动完成,设置进水氯酚浓度为30mg/L,出水浓度为18.4mg/L,电压能达到73.56m V,最大功率密度为0.737W/m3,内阻为161Ω。当氯酚进水浓度为90mg/L时,MFC的产电和对氯酚的降解达到性能最优值,此时电压达到102.44m V,氯酚的去除量为18.61mg/L。