1、造紙、印染、化工、農藥、制藥等工業(yè)廢水中難降解有機物的有效去除一直是水污染防治領域的熱點和難點。本文利用人工濕地(CW)和微生物燃料電池(MFC)對污染物的凈化潛能以及二者在構造上可相互融合的優(yōu)勢，首先構建了全新的濕地型微生物燃料電池(CW-MFC);并將生物膜電極(BER)作為CW-MFC的前處理，通過BER單元的電化學作用和生物作用，提高難降解有機廢水的可生化性，促進后繼CW-MFC單元對難降解有機污染物的去除效果和同步產電性能，同

2、時還嘗試利用CW-MFC產生的電能供給BER，形成BER/CW-MFC物質和能量雙重耦合系統(tǒng)。本研究以偶氮染料活性艷紅X-3B為目標降解物，對比研究了雙筒一體式BER和三維BER對染料的脫色效果及影響因素，提出了新穎的顆粒活性炭-不銹鋼網(GAC-SSM)作為CW-MFC的生物陰極，并優(yōu)化了CW-MFC的運行參數，最后考察了BER/CW-MFC耦合系統(tǒng)對染料的去除效果。通過本研究得到如下結果和結論:
　　1)以石墨棒和活性炭纖維（

3、粘附于不銹鋼圈）分別為陽極和生物陰極構建了雙筒一體式BER，對BER去除活性艷紅X-3B的工藝條件進行了優(yōu)化，并探討了BER中染料的降解機理。實驗結果表明，在最優(yōu)化的條件下，當進水活性艷紅X-3B濃度不高于200 mg L-1時，染料脫色率均達到70％以上。當進水活性艷紅X-3B濃度高于100 mg L-1時，BER的脫色率和COD去除率均高于單獨生物反應器和電化學反應器之和，該結果表明，BER中存在電極化學反應和微生物降解的協(xié)同作用。

4、BER去除活性艷紅X-3B的動力學分析表明，陰極微生物的快速吸附能力有限，染料的去除主要是靠降解作用，該過程符合一級動力學方程。結合UV-Vis、FT-IR以及GC-MS分析，推測BER中的主要反應為活性艷紅X-3B分子中偶氮雙鍵的斷裂還原反應。
　　2)以ACF/Ti和ACF/Fe分別為陽極和陰極，并在陰極上部填充介質顆?；钚蕴?GAC)，構建了密閉升流式三維BER。相比于一體式BER，三維BER耐高濃度染料負荷能力更強，即使進

5、水活性艷紅X-3B濃度高達1000 mg L-1，脫色率仍然高于90％，但COD去除率只有60％左右。三維BER最佳的運行電壓為1.0V～1.5 V，適宜的水力停留時間為24 h。當硝態(tài)氮濃度不高于1.5 mM時，三維BER可以同時實現反硝化脫氮和偶氮染料脫色。通過UV-Vis、FT-IR、GC-MS和HPLC分析，可以確定活性艷紅X-3B分子中偶氮雙鍵的斷裂還原反應主要在陰極區(qū)進行，并同時產生苯胺等芳香胺類物質，當這些中間產物到達陽極

6、區(qū)域會得到進一步降解。
　　3)為了優(yōu)化CW-MFC的產電性能，對比研究了不銹鋼絲網(SSM)、碳布-不銹鋼絲網(CC-SSM)和顆?；钚蕴?不銹鋼絲網(GAC-SSM)三種生物陰極構型，并對CW-MFC的運行參數進行了優(yōu)化。結果表明，GAC-SSM產生的電流密度最大，達63.06±1.92 mA m-2，最大產電功率密度約為55.18 mW m-2。GAC-SSM為最適宜的生物陰極，主要是因為其具有巨大的表面積和毛細吸水能力。C

7、W-MFC的產電輸出隨著進水COD濃度的增加先升高后降低。當進水COD濃度為250 mg L-1時，CW-MFC產生的電能最大，其中有植物CW-MFC的平均產電功率密度為43.76 mW m-2，比無植物CW-MFC高出41.92％。CW-MFC產電電壓的周期性波動是由于晝夜間光照/黑暗下植物生理活動引起的，且進水COD濃度顯著影響電壓的振蕩振幅。CW-MFC的產電隨著HRT的延長先增大后降低，最佳的HRT為72 h。CW-MFC產電功

8、率密度隨著進水PBS濃度的升高而增加，但當進水中磷酸鹽緩沖溶液(PBS)濃度超過10 mM時，濕地植物蕹菜生長會受到影響，因而最佳的PBS濃度為5 mM。
　　4)研究了僅水量匹配下三維BER和CW-MFC組合工藝對活性艷紅X-3B的去除情況。當進水染料濃度不高于1000 mg L-1時，脫色率均高于96％，COD去除率為78.86％～90.78％。當進水染料濃度為600 mg L-1時，CW-MFC的產電最高，兩組同類型CW-M

9、FC的最大產電功率密度分別為29.54 mW m-2和32.46mW m-2。
　　5)通過兩個CW-MFC串聯(lián)堆棧的研究表明，串聯(lián)后的輸出電壓要小于各CW-MFC單獨運行時的電壓之和。外接電阻越低時輸出電壓越低，當外接電阻為100Ω時，內阻較大的CW-MFC出現電壓反轉現象。將兩個CW-MFC串聯(lián)堆棧并與三維BER進行物質和電能的雙重耦合。當進水染料活性艷紅X-3B濃度維持在600 mg L-1，系統(tǒng)穩(wěn)定后的平均輸出電壓約為0.