微生物燃料电池强化的地下水硝酸盐污染原位修复机理研究

Currently the state of groundwater nitrate pollution is becoming rigorous day by day in our country.Because of MFCs' high performance of biodegradation and power generation, this project makes use of microbial fuel cells(MFCs) to carry on in-situ rehab of the polluted groundwater aimed to abtain high rehab effect with low energy consume. The innovation of this project lies in the following: a sigle chamber MFC model and a dual chamber MFC model will be constucted to study the rehab effect on the polluted groundwater by nitrate, which the single chamber MFC model will eqipped with the particular catalyze electrode material. The law of aim contamination's dynamic degradation and transfer in aquifer with the time will be investigated and the solute transfer model in porous medium of aim contaminations will also be constructed under MFC situation. The relation between aim contaminatons' morphological transformation and degradation route will be analysed ,and thus the factors influencing the rehab effect and their number relation will be detected.This will reveal the mechanism of MFCs' in-situ rehab on the polluted groundwater. The research of this project will lay the theoretical and methodological basis for MFC in-situ remediation of polluted groundwater, and thus provide a new thinking for in-situ remediaton of groundwater nitrate pollution.

目前地下水硝酸盐污染态势在我国正变得日益严峻。本课题利用微生物燃料电池（MFC）强化对受硝酸盐污染的地下水进行原位修复，发挥MFC生物降解性能和产电性能，达到低能高效的修复效果。本课题的创新点体现在：针对受硝酸盐污染的地下水，利用课题组独有的新型电极催化材料，构建单室和双室两种形式的大体积MFC模型装置，研究MFC原位修复受硝酸盐污染地下水的效果。研究硝酸盐在MFC作用下随时间的动态降解以及在含水层中的迁移和转化规律，建立MFC体系多孔介质环境下硝酸盐污染物的溶质迁移模型，分析受处理的地下水中硝酸盐的形态转化关系和降解途径，量化影响原位修复效果的各种因素之间关系，揭示MFC原位修复地下水硝酸盐污染的机理。该课题的研究将为MFC原位修复地下水硝酸盐污染打下理论和方法基础，从而为地下水硝酸盐污染的原位修复提供新的思路。

地下水硝酸盐污染态势在我国正变得日益严峻。本课题针对受硝酸盐污染的地下水在进行原位修复时存在的不足，以砂槽中的硝酸盐模拟废水为研究对象，采用室内试验和理论分析相结合的研究手段，开展了深入的研究。项目主要研究内容与所取得的重要成果概述如下：（1）构建了地下水硝酸盐原位修复的 MFC实验装置。课题结合地下水中污染物的迁移模式，对砂槽模型的介质特征及水力性质进行研究，并利用电沉积方法制备了β--PbO2和Bi--PbO2电极，构建了适用于地下水硝酸盐污染原位修复的单室MFC装置。（2）研究了MFC的产电性能与硝酸盐的迁移转化规律。通过改变碳氮比C/N、无机碳源量NaHCO3、水力停留时间HRT等参数，研究了MFC的输出电压、功率密度的变化规律和硝酸盐的迁移转化规律，量化了MFC的产电与硝酸盐降解之间的关系，建立了NO3--N反硝化降解的动力学模型。（3）分析了MFCs系统中微生物的变化规律。通过SEM、PCR-DGGE技术，研究了MFCs中微生物的结构、多样性、丰度等变换规律，揭示了MFC的微电压有助于硝酸盐反硝化的微生物菌落增加，使得硝酸盐的降解得以强化机理。（4）通过本项目研究，培养了博士生3名（2名毕业，1名在读），硕士4名（2人毕业，2人在读）；在国内外学术期刊及重要会议上已发表学术论文12篇，其中已被SCI收录3篇，EI收录1篇，尚有多篇论文正在修改与投稿之中。.本项目将着眼于以地下水多孔介质体系为研究对象，以 MFC在多孔介质中的脱氮除碳性能和产电性能为研究目标，以分析 MFC运行过程中的溶质、微生物和电极的微观行为与变化对地下水硝酸盐污染去除性能造成的影响为研究内容，探索出一种可行、高效的地下水硝酸盐污染 MFC强化的原位修复技术。这对地下水中硝酸盐的降解，尤其是原位降解领域是一个崭新的概念，提供了一个创新的技术途径，开拓了 MFC一个新的应用研究领域。