1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，城市污水和高浓度有机废水如味精发酵废水、炼油废水、酒精废水和畜禽废水等，通常采用厌氧消化工艺同时回收沼气，但厌氧消化液出水还含有较高浓度的硫化物和氨氮需进一步去除。随着社会环保意识的不断加强，废水排放标准逐步提高，加之全球能源不足问题的日益严重，迫切需要一种既能净化废水同时又能产生能量的水处理工艺。mfc是一种利用微生物的代谢作用将蕴藏在污废水中化学能转化成电能的装置，可同步实现污染物的去除与产电。 相较于传统的处理方法的诸多缺点，例如成本高、占地面积大、处理效果不佳等，微生物燃料电池则能够将污水中的化学能转化为电能，并且具有清洁高效、原料来源广泛等特点。因此使用mfc处理含硫废水具有较好的经济效应和前景。

关于mfc去除硫化物的探索，有关学者不断有新的发现。bond等发现硫化物的氧化与产电关系密切。rabeay 等研究发现mfc可以将硫离子氧化成单质硫，甚至更高价的硫化合物，其硫去除率接近100％。在提高mfc的效率和提高硫离子的去除效率方面，后续研究人员不断进行探讨。发现硫化物和其他废水的去除有助于提高硫化物的氧化速率，增强发电效果。 学者们构建mfc去除混合废水，实现有机物，硫化物和重金属同时去除，而且发现加入有机物会使硫化物的氧化速度明显加快，产电时间延长。随后，升流式厌氧污泥床与mfc、曝气生物滤池连用处理糖蜜废水，效果好，硫离子去除率为52.7％，最大功率密度为1410.2 mw /平方米。张静等模拟含硫化物废水作为电子供体，发现了相似的结论，研究结果表明，硫化物与有机物共存的mfc中，存在着大量的电活性微生物和硫氧化细菌在阳极共生，有助于实现高效氧化硫化物和有机物及同步产电。 如上所述，添加有机物质可以加速硫化物的氧化速率，但学者们发现加入有机物质可能会影响硫化物的氧化过程。毛燕萍等在不同的进水碳硫质量比（c/s）下运行mfc，比较有机物降解和硫化物氧化情况。表明硫化物可被氧化成硫，或进一步氧化硫酸盐，硫化物氧化和有机降解将产生竞争。 流入物c / s在很大程度上决定硫化物最终产物的组成。 有机物质的引入将影响硫化物的氧化过程，但接种硫氧化细菌以外的其他细菌对硫的回收有利。有关学者在mfc阳极中另外接种了硫酸盐还原菌以回收单质硫，出水硫离子和硫代硫酸根的去除率分别达到91％和86％。

反硝化生物阴极是mfc脱氮研究的前沿。首先gregory等利用恒电势仪来控制石墨电极的氧化还原电位，为硝酸根提供电子供体以此进行反硝化反应。之后clauwaert和rabaey在此结论基础上，率先构建出反硝化生物阴极mfc，在没有外加电源的情况下，获得了可观的功率密度输出与硝酸根去除效率，验证了反硝化生物阴极mfc脱氮的可行性。之后经过研究人员对反硝化生物阴极mfc的不断探索和完善。有学者设计的综合硝化和反硝化mfc装置，阳极废水通过外部硝化装置将铵离子转化为硝酸盐，经阴极反硝化反应后，使mfc连续硝化反硝化反应成为可能。 然后除去外部硝化装置，阳极流出物直接进入阴极，并控制阴极的溶解氧含量，以便可以通过同时硝化和反硝化来除去铵根中的氮。 在生物阴极mfc反硝化过程中，研究人员发现有机物和溶解氧对脱氮具有较大的影响。梁鹏等构建了双筒型mfc，发现在阴极中加入有机物有利于加强反硝化反应，提高mfc的性能，并可以抑制亚硝酸盐的积累。 研究人员构建了反硝化mfc，在阴极进水含有溶解氧时，氧气优先硝酸根作为阴极主要电子受体。 只有当电流密度增加到一定值时，有限的氧耗尽，硝酸盐将成为阴极的主要电子受体。

2. 研究的基本内容与方案

一．研究的基本内容：

1）保持外阻20Ω、ph=7.0不变，使恒温箱温度控制在30℃下，不施加恒电位下2个反应器同时运行。每天检测出水水质和电压电势数据，得到3组稳定数据，之后测极化曲线并通过电镜及xps分析沉积硫及溶液中硫的成分及价态、硝氮反硝化成氮气和亚硝氮的比例。探究自发电化学的产电及污染物去除相比生物电化学所占比例；

2）2个反应器同时施加恒电位于阴极分别为：-200、-100、-50、0、50、100mv。每个电势下每天检测出水水质和电压电势数据，得到3组稳定数据，之后测极化曲线并通过电镜及xps分析沉积硫及溶液中硫的成分及价态、硝氮反硝化成氮气和亚硝氮的比例。探寻除硫脱氮的最佳阴极电极电势范围。

3. 研究计划与安排

第一周：熟悉实验过程了解相关仪器使用

第二周：在不施加恒电位的情况下，获得3组稳定数据（出水水质和电压电势数据）

第三周：施加恒电位于阴极为-200mv，检测出水水质和电压电势数据，得到3组稳定数据

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 毛艳萍, 蔡兰坤, 张乐华, 等. 微生物燃料电池处理模拟含硫废水的初步研究[j]. 水处理技术, 2010, 6(2): 105-111.

[2] 陶寅.废水中硫化物的去除技术[j].环境污染与防治，2005，27（4）：263—265

[3] 梁方圆, 邓欢, 赵峰. 从电化学和微生物学角度分析微生物燃料电池处理硫污染物的机理[j]. 分析化学, 2013, 41(8): 1133-1139.

[4] 詹亚力, 王琴, 闫光绪,等. 高锰酸钾作阴极的微生物燃料电池[j]. 高等学校化学学报, 2008, 29(3):559-563.