生物燃料电池中难降解物质强化降解作用机理及生物相优化

生物燃料电池作为一种绿色无污染且可实现资源再利用的新兴技术而越来越受到人们的关注。针对我国有毒难降解有机物对水体污染严重的严峻形势、生物燃料电池底物范围窄并且输出功率低下等问题，本项目提出以有毒难降解有机物（苯胺类、硝基酚类物质）为生物燃料电池阳极电子供体，进行生物燃料电池产电研究。确定生物燃料电池中有毒难降解有机物强化降解的可能途径及调控机理。为进一步提高阳极底物的降解效率和产电效率，进行阳极微生物优势群落分析，并进行生物相的优化重组。本研究可望实现生物燃料电池中难降解物质的底物利用，从而拓宽生物燃料电池的底物类型和范围，进而实现生物燃料电池中难降解有机废水处理并同步产能的双重目的，为生物燃料电池技术的实际应用提供科学依据和技术基础。

硝基芳香族化合物等有毒难降解物质的处理是化工废水处理领域的技术难点之一。生物电化学技术综合了生物处理、电化学氧化/还原等废水处理过程的优势，在难降解化工废水处理领域具有较大的应用潜力。而有毒难降解物质在生物电化学系统中降解与转化规律的揭示，是生物电化学技术实现废水处理应用的前提和关键。. 本项目以有毒难降解物质（苯胺类、硝基酚类物质）为生物电化学系统的底物，开展了生物电化学系统内难降解物质的强化降解与产电研究。确定了生物电化学系统阳极区苯胺类有机物强化降解的可能途径及强化降解调控机理，通过参数优化提高了阳极底物的降解效率和产电效率；研究了硝基酚类物质在生物电化学体系阴极的还原途径，确定了强化还原作用机理，探究了不同结构的硝基酚类物质在生物电化学体系阴极的还原规律，并进行了生物电化学体系阴极运行参数的优化。评价了生物电化学体系处理苯胺类和硝基酚类等难降解物质的效能和技术特点，相比传统厌氧处理系统，生物电化学体系中硝基酚类物质的还原效率大幅提高，电子供体（共代谢基质）用量大幅减少；相比传统电化学还原系统，生物电化学系统能量输入大幅减少，只需输入少量电能即可实现硝基酚类物质的高效率还原。. 本项目共发表论文6篇，其中SCI收录论文3篇，EI/ISTP收录论文1篇，EI收录论文1篇，另有两篇文章已投稿；申请国家发明专利2件；相关成果于2010年获得中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖1项（获奖题目为：高浓度难降解化工废水处理新技术及工程化），于2011年获得江苏省科技进步二等奖1项（获奖题目为：化工废水处理与回用关键技术与集成工艺）；培养博士生1名，硕士生5名。. 本研究拓宽了生物电化学系统的底物类型和范围，揭示了有毒难降解物质在生物电化学系统中的降解与转化规律，为实现生物电化学系统中难降解物质的底物利用提供了研究基础,为生物电化学技术的实际应用提供科学依据和技术基础。