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微生物燃料电池脱氮的研究的综述报告

微生物燃料电池（MFC）是一种将有机废水中的化学能直接转化为电能的新型技术。它通过微生物代谢作用，将废水中的有机物质分解产生电子，并利用电子经过电路传输来产生电能。MFC作为一种高效、环保、可持续的清洁能源技术，已经受到了广泛的研究和应用。近年来，研究者们发现MFC也可用于废水中的氮去除，即MFC脱氮技术。本文将对MFC脱氮的研究进行综述。

一、MFC脱氮的机制

废水处理中的氮污染主要源于氨氮（NH3-N）和硝态氮（NOx-N）两种形式。MFC脱氮技术主要针对的是氨氮的去除。MFC脱氮机制可分为两个阶段：

（1）产生硝化微生物：MFC中的产电菌通过有机废水的代谢产生电子，随着电子在电路中的传递，最终到达电子受体——氧气或还原型电极。如果将电极材料更换为氧化还原电位高于氧化还原电位的物质，产电菌就可以将电子传递给它们，从而产生氢离子，使反应液的pH值下降。在此条件下，氨氧化细菌（AOB）可在MFC的阳极区生长繁殖。AOB可氧化氨氮为亚硝酸盐并释放出电子，这些电子随后参与到MFC产电反应中。同时，氧化产生的亚硝酸盐可以被硝化细菌利用。

（2）硝化微生物还原NOx-N：硝态氮是另一个问题污染物，但是硝化微生物非常难以在MFC中生长。在这种情况下，可以将反应液引入一个滞留时间更长、氧化还原电位更低的区域，并将反应液加热以促进细菌的生长。例如，可以在MFC的阴极区培养硝化细菌，并在此区域添加一些有机物质供给这些细菌生长。这样，硝化细菌就能够还原硝酸盐到氮气或氮氧化物。

二、MFC脱氮技术的应用

MFC脱氮技术相较于传统的生物处理技术，具有多种显著的优势。例如：

（1）高效：MFC脱氮技术具有高负荷的特性，可在较短的时间内去除大量的氨氮。

（2）环保：与传统化学氧化处理相比，MFC脱氮技术需要的化学药剂和能源更少，避免了产生过多的二次污染。

（3）综合治理：MFC脱氮技术可以同时去除有机物和氮，避免了需要针对不同污染物使用不同的处理工艺流程。

MFC脱氮技术的应用领域包括：

（1）城市污水处理：城市污水处理是氮污染最常见的应用领域。研究者已经建造出连续流、批量式的MFC脱氮反应器用于处理城市污水。

（2）农业废水处理：农业废水通常包含大量的有机物和氨氮，也是MFC脱氮技术的重要应用领域之一。

三、MFC脱氮技术存在的问题

MFC脱氮技术还处于早期研究阶段，因此仍面临许多问题。例如：

（1）缺乏稳定性：MFC脱氮技术的微生物代谢过程会受到很多因素的影响，如温度、pH值、DO含量等，这些因素易造成MFC反应器的不稳定。

（2）能耗高：MFC反应器的产电效率不高，同时硝化微生物的生长需要较高的温度和氧化还原电位，因此能耗相对较高，制约了其产业化应用。

（3）还原难度大：NOx-N的去除相较于氨氮的去除更为困难，因此研究者需要为MFC脱氮技术的硝化微生物生长创建相对想对严苛的条件，以提高其还原能力。

四、总结

随着环境污染问题的日益加重，MFC脱氮技术作为一种新型、环保的氮污染治理技术，已经得到了越来越多的关注。MFC脱氮技术的机制及优点已经得到了证明，但其运用的实际问题仍需深入研究和解决。未来，随着技术的不断发展，MFC脱氮技术必将得到更加广泛的应用，同时也有望在降低氮排放、提高清洁能源利用效率方面做出更大的贡献。