人工濕地-微生物電解池耦合系統(tǒng)的脫氮特性

夏函青，伍永鋼，付成林，胡謙

（1 安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，安徽蕪湖241003；2 安徽省水土污染治理與修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖241003）

生物電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)（bio-electrochemical wastewater treatment systems，BWTS）在生物修復(fù)相關(guān)的能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題方面被證明是一種創(chuàng)新和有前途的工藝[1]，近年來(lái)得到了較為廣泛的研究。該工藝將廢水中可生物降解的有機(jī)化合物定義為能量來(lái)源，而不是無(wú)意義的廢物[2]。BWTS 主要包括微生物燃料電池（microbial fuel cell，MFC）和微生物電解池（microbial electrolysis cell，MEC）。其中MFC 能夠利用電化學(xué)活性微生物（exoelectrogens）降解廢水中的有機(jī)物，并產(chǎn)生電子和質(zhì)子，產(chǎn)生的電子直接傳遞至陽(yáng)極電極并由外電路傳遞至陰極，從而形成電流，而質(zhì)子則通過(guò)擴(kuò)散方式由陽(yáng)極區(qū)轉(zhuǎn)移至陰極區(qū)[1]。MEC是在MFC的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上外加電源，以期實(shí)現(xiàn)人為控制生物反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能[3-4]。

反應(yīng)器的低成本建造和放大一直是BWTS系統(tǒng)走向工業(yè)化的最大制約因素，如何降低成本以及將系統(tǒng)規(guī)?；恢笔沁@兩種系統(tǒng)重點(diǎn)研究的方向[5]。近幾年研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)與傳統(tǒng)低成本生物反應(yīng)器耦合可以極大降低建造成本。人工濕地作為傳統(tǒng)低成本生物處理工藝，有著深入的研究和廣泛的應(yīng)用，有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變進(jìn)水方式，可以在人工濕地（constructed wetland，CW）中自發(fā)形成MFC所需的氧化還原梯度，且CW中產(chǎn)生的有機(jī)物可作為MFC的碳源，從而建立了將CW和MFC進(jìn)行耦合的新工藝，這種工藝不僅降低了MFC 的構(gòu)建成本，并且MFC能夠增強(qiáng)CW對(duì)有機(jī)污染物的去除[6]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在耦合系統(tǒng)中增加曝氣能夠有效提高CWMFC對(duì)COD和氨氮的去除，但系統(tǒng)中容易產(chǎn)生硝酸鹽積累，從而導(dǎo)致脫氮效果下降[7]。有研究發(fā)現(xiàn)在MEC系統(tǒng)中，電化學(xué)活性微生物能夠直接從電極上獲得電子以去除硝酸鹽，且MEC 中產(chǎn)生氫氣，如式(1)所示，有助于廢水中硝酸鹽氮的去除[8-9]。

本文設(shè)想建立CW與MEC耦合系統(tǒng)來(lái)處理含有機(jī)污染物、氨氮的廢水，利用曝氣提高氨氮的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)在MEC系統(tǒng)中產(chǎn)生的氫氣有效避免體系中硝酸鹽的積累，從而提高對(duì)氨氮和總氮的去除效果。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的人工濕地-微生物電解池系統(tǒng)（CWMEC）和人工濕地-微生物燃料電池系統(tǒng)（CWMFC）結(jié)構(gòu)如圖1所示。CW-MEC是由有機(jī)玻璃制成的內(nèi)徑15cm、高65cm、壁厚6mm的圓筒。實(shí)驗(yàn)采用淹沒(méi)式陰極（陰極表面距水面3cm），由10cm厚的活性炭顆粒（直徑4～8mm）及不銹鋼網(wǎng)（孔徑0.23mm）組成，陽(yáng)極組成材料和陰極相同。底層和中間層由20cm厚的礫石（直徑4～8mm）填充。選用10株經(jīng)植物培養(yǎng)液培養(yǎng)一個(gè)月、長(zhǎng)勢(shì)相同的菖蒲作為濕地植物種植在陰極。通過(guò)鈦絲（直徑1mm）依次連接系統(tǒng)陰極、恒壓電源（多功能可編程直流電源，M8811型，南京美爾諾電子有限公司）、1kΩ電阻及系統(tǒng)陽(yáng)極構(gòu)成外電路。外加電壓0.2V，由恒壓電源提供。S3階段的連續(xù)電壓由恒壓電源記錄。CW-MFC結(jié)構(gòu)與CW-MEC相同，但無(wú)外加電壓。

圖1 CW-MEC系統(tǒng)和CW-MFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行

本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的CW-MEC 和CW-MFC 均已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行半年，接種污泥為取自蕪湖城南污水處理廠的厭氧活性污泥。處理廢水為人工模擬生活污水，以葡萄糖和氯化銨作為碳源和氮源，廢水具體成分見(jiàn)表1。運(yùn)行期間，人工模擬生活污水的COD濃度為468.90mg/L±78.85mg/L，氨氮濃度為30.18mg/L±1.98mg/L，pH為7.67±0.11。

表1 人工模擬生活污水成分

系統(tǒng)進(jìn)水方式為序批式進(jìn)水，全程運(yùn)行47天，根據(jù)運(yùn)行條件不同分為3個(gè)階段，分別記為S1、S2和S3，各個(gè)階段具體的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件見(jiàn)表2。

表2 不同階段的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件

1.3 分析和測(cè)試方法

式中，P為功率密度，mW/m2；J為電流密度，A/m2；U為外電阻兩端電壓，mV；R為外電阻阻值，Ω；S為反應(yīng)器橫截面積，m2。

同時(shí)，分別取CW-MEC 和CW-MFC 的陰、陽(yáng)極5cm 深處的微生物并采用16S rRNA 基因高通量測(cè)序法對(duì)其微生物多樣性進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 COD去除效果和pH變化

圖2 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極COD濃度、去除率及pH變化情況

CW-MEC 系 統(tǒng) 陰 極（C-CW-MEC）、陽(yáng) 極（A-CW-MEC） 和CW-MFC 系 統(tǒng) 陰 極（C-CWMFC）、陽(yáng)極（A-CW-MFC）的COD濃度及去除率變化情況如圖2 所示。COD 最大去除率出現(xiàn)在S3階段的C-CW-MEC，達(dá)到99.11%。S1 階段，CWMEC 陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極COD 的去除率較穩(wěn)定，其去除率分別為91.11%±7.76%、86.58%±9.54%、 90.03%±8.43%、 92.30%±7.92%。S2 階段，CW-MEC 陰極和陽(yáng)極的COD 去除率明顯降低，去除率分別為77.81%±14.84%、81.44%±11.11%，較S1 分別下降了13.3%、5.14%；CWMFC 陰極和陽(yáng)極的COD 去除率也出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，去除率分別為76.72%±13.09%、78.97%±11.42%，較S1 分別下降了13.31%、13.33%。由此可知，無(wú)外加曝氣條件下，將HRT 由48h 降低為24h 會(huì)使系統(tǒng)的COD 去除率下降。其中，A-CWMEC 的COD 去除率下降幅度最小，僅為5.14%，說(shuō)明其大部分COD的去除主要實(shí)現(xiàn)在24h內(nèi)，并且在S2 階段，A-CW-MEC 的COD 去除率比A-CWMFC 的COD 去除率高2.5%左右，因此相對(duì)于ACW-MFC 而言，A-CW-MEC 在低HRT 條件下去除COD 的效果更好。S3 階段，CW-MEC 和CW-MFC陰極的COD 去除率明顯增加并逐漸達(dá)到穩(wěn)定，COD 去除率（按最后7 個(gè)批次計(jì)算） 分別為89.51%±3.92%、88.27%±2.87%，較S2 分別增加了11.7%、11.55%；而其陽(yáng)極COD去除率增加相對(duì)較少，去除率（按最后7 個(gè)批次計(jì)算） 分別為82.40%±1.63%、84.25%±4.79%，較S2 分別增加了0.96%、5.28%。S1、S2、S3 階段，C-CW-MEC 的COD 去除率比C-CW-MFC 的COD 去除率分別高出1.08%、1.09%、1.24%。所有階段A-CW-MEC 陽(yáng)極COD 去除率變化幅度最小，尤其是從S2 到S3，COD 去除率僅增加0.96%，說(shuō)明A-CW-MEC 內(nèi)部環(huán)境最為穩(wěn)定，受外加條件影響最小，可能是外加電壓增加了其微生物多樣性。

圖3 不同條件下兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極pH變化

從圖3 可以看出，兩種系統(tǒng)陰、陽(yáng)極的pH 在S2 階段均下降，而在S3 階段均上升。在S2 階段，HRT 降低使底物中葡萄糖含量增加，更多的葡萄糖被生物降解為丙酮酸，導(dǎo)致pH 下降[10]。在增加曝氣后，陰極的有機(jī)物被氧化，質(zhì)子也被大量去除，從而pH 上升；而陽(yáng)極pH 上升，可能是因?yàn)檠鯕馓峁┝烁嗟碾娮邮荏w，為了維持電子傳遞速率的穩(wěn)定，促進(jìn)了電化學(xué)活性菌對(duì)有機(jī)物的降解。

2.2 氨氮去除效果

CW-MEC 和CW-MFC 兩種系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極的氨氮濃度及去除率變化情況如圖4所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間的氨氮最大去除率出現(xiàn)在S3階段的C-CWMFC，達(dá)到98.22%，而相同條件下C-CW-MEC 的氨氮最大去除率也達(dá)到了97.35%，這都明顯比未加曝氣的CW-MFC 的氨氮去除率（75%）更高[11]。S1 階段，CW-MEC 陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極氨氮的去除率較穩(wěn)定，其去除率分別為58.54%±5.80%、58.22%±5.03% 和55.22%±6.63%、57.63%±7.75%。S2 階段，CW-MEC 陰極和陽(yáng)極氨氮去除率明顯下降，去除率分別為48.04%±12.94%、48.27%±13.40%；CW-MFC情況相似，陰極和陽(yáng)極氨氮去除率分別為50.50%±12.67%、48.87%±10.10%，結(jié)果表明，降低HRT會(huì)使兩個(gè)系統(tǒng)的氨氮去除率都降低，因?yàn)榈虷RT 不能給系統(tǒng)的硝化和反硝化反應(yīng)提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。適當(dāng)延長(zhǎng)HRT 會(huì)提高氨氮的去除率，但是較高的HRT 也會(huì)造成微生物的死亡以及較高的運(yùn)行成本[12]。S3階段，C-CW-MEC 和C-CW-MFC 的氨氮去除率先明顯上升至穩(wěn)定，后逐漸下降，其去除率（按最后7個(gè)批次計(jì)算） 分別為71.51%±16.44%、74.36%±17.84%。

圖4 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極氨氮濃度、去除率及pH變化情況

在未加曝氣的條件下，上流式CW-MEC 系統(tǒng)中的DO量極低，系統(tǒng)中大部分區(qū)域處于厭氧環(huán)境中[13]。雖然系統(tǒng)中種植了水生植物，但是水生植物的根部釋氧能力有限，并不能改變系統(tǒng)的厭氧環(huán)境，這也是多數(shù)他人研究中能在系統(tǒng)陰極檢測(cè)到大量厭氧菌的原因。而增加曝氣后，使得系統(tǒng)陰極DO 量不斷增加，因此氨氮去除率明顯上升，在范智仁[14]研究的CW-MFC 系統(tǒng)中也出現(xiàn)相似結(jié)果，但是其系統(tǒng)中硝酸鹽氮并未得到有效去除，增加曝氣后，濃度接近8.5mg/L。而S3階段后期氨氮去除率有下降趨勢(shì)，是因?yàn)镈O不斷積累，從而抑制了陰極的反硝化過(guò)程。有研究發(fā)現(xiàn)，在外加曝氣條件下，陰極會(huì)產(chǎn)生生物膜，其中硝化菌位于生物膜的外層，反硝化菌處于生物膜內(nèi)層，因此會(huì)同時(shí)發(fā)生硝化、反硝化反應(yīng)[15]。而當(dāng)溶解氧過(guò)多時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的硝酸鹽而抑制反硝化過(guò)程，從而使氨氮去除率降低[7]。因此，在今后的研究中可考慮采用間歇曝氣式，曝氣時(shí)促進(jìn)硝化反應(yīng)，停曝時(shí)促進(jìn)反硝化反應(yīng)，進(jìn)而整體提高脫氮效率。由圖3 可知，從S2 后半階段到S3 階段，A-CWMEC 和A-CW-MFC 的氨氮去除率非常穩(wěn)定，說(shuō)明即使是外加曝氣的條件下，垂直式CW 也能夠?yàn)橄到y(tǒng)陽(yáng)極提供良好的厭氧環(huán)境。S3 階段，A-CWMEC 的氨氮去除率比A-CW-MFC 的氨氮去除率低，其去除率分別為32.14%±5.37%、36.37%±5.60%。另外，由圖2 可知，增加陰極曝氣后，兩個(gè)系統(tǒng)的陽(yáng)極COD 含量減少，而系統(tǒng)陽(yáng)極氨氮去除率穩(wěn)定，說(shuō)明S3 階段陽(yáng)極的硝化細(xì)菌主要為自養(yǎng)型細(xì)菌。有研究表明，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，電化學(xué)系統(tǒng)中的產(chǎn)電細(xì)菌和自養(yǎng)硝化細(xì)菌不斷繁殖而異養(yǎng)硝化細(xì)菌會(huì)相應(yīng)減少，氨氮的去除速率逐漸降低[16]。

圖5 顯 示 了C-CW-MEC、 A-CW-MEC、C-CW-MFC、A-CW-MFC 的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量變化。在S1、S2、S3階段，CW-MEC陰極、陽(yáng)極及CW-MFC 陰極、陽(yáng)極的硝酸鹽氮含量分別為0～1.05mg/L、0～0.30mg/L、0～2.25mg/L、0～0.31mg/L，其亞硝酸鹽氮含量分別為0～0.99mg/L、0～0.07mg/L、0～0.71mg/L、0～0.23mg/L。在S1、S2 階段，CW-MFC 和CW-MEC 陰、陽(yáng)極基本無(wú)硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮積累。在S3 階段，其均有明顯的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮積累，而C-CW-MFC的平均硝酸鹽氮含量比C-CW-MEC 高0.33mg/L，A-CW-MFC 的平均亞硝酸鹽含量也比A-CW-MEC高0.02mg/L。雖然CW-MEC 陰極氨氮去除率比CW-MFC 稍低，但是硝酸鹽積累更少，可能是CW-MEC 陰極電極能夠給微生物提供更多電子以促進(jìn)硝酸鹽的去除，并且陰極產(chǎn)生的氫氣有益于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。顧霞等[17]在研究中也提到直流電場(chǎng)的刺激會(huì)使假單胞菌株在反應(yīng)過(guò)程中避開(kāi)長(zhǎng)時(shí)間的滯后期從而加快反硝化速率。

圖5 C-CW-MEC、A-CW-MEC、C-CW-MFC、A-CW-MFC的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮含量變化

2.3 電化學(xué)性能分析

實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了S3 階段CW-MEC 和CW-MFC的電壓變化情況，并在S3 階段結(jié)束時(shí)測(cè)定了兩種系統(tǒng)的極化曲線和功率密度曲線，其結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 S3階段CW-MEC和CW-MFC的電壓變化情況

圖7 CW-MEC和CW-MFC的極化曲線和功率密度曲線

由圖6 可知，在曝氣后，CW-MEC 電壓從280mV 左右開(kāi)始逐漸下降至155mV 左右，CWMFC 電壓從150mV 左右開(kāi)始逐漸下降至60mV 左右。初期的高電壓主要是由于曝氣后陰極溶解氧增多，產(chǎn)生了較高的氧化還原電位，且陰極電化學(xué)活性菌可能被抑制，而電壓逐漸穩(wěn)定是因?yàn)殛帢O的溶解氧逐漸達(dá)到飽和，陰極環(huán)境逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)。也有研究表明，對(duì)系統(tǒng)陰極長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)曝氣會(huì)維持電壓的穩(wěn)定輸出[18]。由圖7可知，CW-MEC最大功率密度為0.52mW/m2，內(nèi)阻約為1kΩ，CW-MFC 最大功率密度為0.70mW/m2，內(nèi)阻約為2kΩ。因?yàn)镃W-MEC 系統(tǒng)的電壓由恒壓電源維持在0.2V，因此其產(chǎn)生的功率密度略低于CW-MFC。但是CWMEC 內(nèi)阻卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CW-MFC，說(shuō)明了外加電壓可以有效降低系統(tǒng)的內(nèi)阻，進(jìn)而促進(jìn)電子的傳遞，提高氨氮和有機(jī)物的去除率，趙慧敏等[18]也得到相似研究結(jié)果。

2.4 微生物多樣性分析

Alpha 多樣性指數(shù)是用于評(píng)價(jià)微生物豐富度和群落均勻度的綜合指標(biāo)，主要包括Simpson、Shannon、Chao1 和ACE 指數(shù)[19]。Chao1 和ACE 指數(shù)的值可以用來(lái)估計(jì)微生物結(jié)構(gòu)的豐富度，Chao1和ACE 指數(shù)的值越大，表明微生物豐富度越大[20]。Shannon 和Simpson 指數(shù)評(píng)價(jià)了微生物群落的豐富度和均勻度，Shannon指數(shù)值越高，Simpson指數(shù)值越低，代表微生物豐富度越大、均勻度越高[21]。由表3 可知，C-CW-MEC 和A-CW-MEC 的Shannon、Chao1 和ACE 指數(shù)分別為5.43、1122.64、1066.15和5.22、1247.80、1237.08，明顯高于對(duì)應(yīng)的CCW-MFC 和A-CW-MFC；而C-CW-MEC 和ACW-MEC 的Simpson 指數(shù)分別為0.010、0.025，明顯低于對(duì)應(yīng)的C-CW-MFC 和A-CW-MFC，結(jié)果說(shuō)明，相對(duì)于MFC，MEC 更能提高耦合系統(tǒng)的微生物的豐富度和均勻度。

表3 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極中微生物豐富度指數(shù)

兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極在屬水平上的微生物群落組成分布如圖8所示。

圖8 兩種生物電化學(xué)系統(tǒng)的陰極和陽(yáng)極在屬水平上的微生物群落組成分布

C-CW-MEC 優(yōu)勢(shì)菌群為叢毛單胞菌科未知屬（unclassified-f-Comamonadaceae）、亞硝化單胞菌科未知菌屬（norank-f-Nitrosomonadaceae）、黏球菌屬（Haliangium）、暫定Magasanikbacteria未知菌屬（norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria），其豐度分別為5.81%、4.89%、4.74%、3.72%；C-CWMEC 中還發(fā)現(xiàn)的重要菌群有：腸道桿菌科未知菌屬（unclassified-f-Enterobacteriaceae）、產(chǎn)丙酸單胞菌屬（Propionicimonas）、紅桿菌屬（Rhodobacter）、紅 螺 菌 目 未 知 菌 屬 （unclassified-orhodospirillales），其豐度分別為2.79%、2.54%、2.79%、1.26%，其中unclassified-f-Enterobacteriaceae和Propionicimonas可以很好地降解有機(jī)物，Rhodobacter和unclassified-o-Rhodospirillales為 光 合細(xì)菌。A-CW-MEC 的優(yōu)勢(shì)菌群為螺旋體門未知菌屬（norank-p-Saccharibacteria）、儉菌總門未知菌屬 （unclassified-p-Parcubacteria）、 地 桿 菌 屬（Geobacter）、 擬 桿 菌 科vadinHA17（norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17），其豐度分別為26.17%、5.83%、5.64%、4.11%。C-CW-MFC 優(yōu)勢(shì)菌群為腸 道 桿 菌 科 未 知 菌 屬 （unclassified-f-Enterobacteriaceae）、擬桿菌屬（Bacteroides）、巨單胞 菌 屬 （Megamonas） 、 瘤 胃 球 菌 屬（[Ruminococcus]-Gnavus-Group），其豐度分別為19.87%、13.43%、12.55%、6.27%。A-CW-MFC優(yōu)勢(shì)菌群為螺旋體門未知菌屬（norank-p-Saccharibacteria）、 沼 桿 菌 屬（Paludibacter）、Cloacibacterium、地桿菌屬（Geobacter），其豐度分別為24.33%、12.19%、9.58%、4.35%。

有研究表明， 叢毛單胞菌科未知屬（unclassified-f-Comamonadaceae）屬于好氧反硝化菌，能高效去除氨氮和亞硝酸鹽氮[22]；黏球菌屬（Haliangium）與NO-3-N 含量呈顯著正相關(guān)，和系統(tǒng)中碳氮比（C/N） 呈顯著負(fù)相關(guān)[23]；暫定Magasanikbacteria未知菌屬（norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria）和系統(tǒng)中有機(jī)碳含量呈極顯著負(fù)相關(guān)[24]。在本研究中，C-CW-MEC 中的黏球菌屬（Haliangium）和暫定Magasanikbacteria未知菌屬（norank-c-Candidatus-Magasanikbacteria）為優(yōu)勢(shì)菌群，這就表明C-CW-MEC 中的COD 含量較低而氨氮、NO-3-N 含量較高，這與S3 階段顯示的C-CW-MEC的COD去除率相對(duì)高于C-CW-MFC而氨氮去除率相對(duì)低于C-CW-MFC 的結(jié)果一致。但是由結(jié)果可知，C-CW-MEC 的NO-3-N 含量明顯低于C-CW-MFC，是因?yàn)镸EC 為系統(tǒng)陰極提供了大量額外的電子，使得C-CW-MEC 中的叢毛單胞菌科未知屬（unclassified-f-Comamonadaceae） 豐度（5.81%）明顯高于C-CW-MFC（2.23%），從而增強(qiáng)了其反硝化過(guò)程。另外，A-CW-MEC 中擬桿菌科vadinHA17 （norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17）的豐度（4.11%）高于A-CW-MFC（3.34%），該細(xì)菌是一種兼性厭氧菌，能通過(guò)降解系統(tǒng)中多種復(fù)雜有機(jī)物為反硝化過(guò)程提供碳源，實(shí)現(xiàn)碳氮的協(xié)同削減說(shuō)明MEC 同時(shí)促進(jìn)了系統(tǒng)陽(yáng)極的反硝化作用[25]。綜上，雖然CW-MEC 的氨氮去除率相對(duì)于CWMFC 略低，但是其反硝化作用明顯比CW-MFC 更強(qiáng)，在今后的研究中，適當(dāng)增加CW-MEC 系統(tǒng)中的有機(jī)碳含量，提高C/N，能夠有效提高該系統(tǒng)的有機(jī)物和氮的去除。

3 結(jié)論

（1）降低CW-MEC 系統(tǒng)HRT 的同時(shí)在陰極增加曝氣，會(huì)有效提高系統(tǒng)的COD和氨氮去除效率，系統(tǒng)COD 和氨氮的最高去除率分別達(dá)到99.11%和97.35%。

（2）連續(xù)曝氣會(huì)使CW-MEC 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在155mV 左右，外加電壓使得CW-MEC 系統(tǒng)內(nèi)阻明顯降低，增強(qiáng)了電子的傳遞。

（3）MEC 能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供H2和額外的電子，提高了C-CW-MEC 中叢毛單胞菌科未知屬（unclassified-f-Comamonadaceae）的豐度（5.81%）和 A-CW-MEC 中vadinHA17 （norank-c-Bacteroidetes-vadinHA17）的豐度（4.11%），從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的反硝化過(guò)程。

（4） 通 過(guò) 測(cè) 定 并 分 析 系 統(tǒng) 的Shannon、Simpson、Chao1 和ACE 指數(shù)可知，相對(duì)于CWMFC 系統(tǒng)，CW-MEC 系統(tǒng)具有更高的微生物多樣性。