养殖场污水处理视频：

1.引言
微生物燃料电池（MFCs）是一种废水回收技术。它具有污泥量少的特点，可用于生活污水，养猪场废水，食品加工废水和垃圾渗滤液。光合微生物用于MFCs领域，已经产生了光合微生物燃料电池（Photo-MFCs），实现了将污染物化学能转化为电能，同时将光能转化为电能的功能，吸引了更多的人和更多的关注。

养猪场废水中含有大量有机物，悬浮物，氮和磷，并散发恶臭气体。水量大，排放物集中，对水体造成了严重污染。当使用MFCs处理猪场废水时，它也可以获得电力。 Min等。单室空气阴极MFC用于处理养猪场废水。电池的功率密度随着废水中COD的增加而增加。当MFC运行100小时时，氨氮和可溶性COD的去除率分别为83％±4％和86％±6％。然而，处理后废水中硝酸盐氮和磷的浓度略有增加。金等人的研究。表明单室MFC具有良好的除臭性能。 （用乙二胺改性阳极处理的MFC）从养猪场排出废水，发现COD和氨氮的去除率更高。平均每日去除量为429.3 mg·L-1和82.6 mg·L-1，最大功率密度为208 mW·m-2。但是现阶段，MFCs还具有诸如处理猪废水中的无机氮和磷处理不佳的缺点。

微藻用于MFC的阴极，O2用于通过光合作用为MFC提供电子受体。使用无机氮和磷合成和生长有机物质可以提高MFC处理含氮和磷的废水的能力。在MFCs阳极中使用光合细菌。在厌氧条件下代谢有机物可以减少废水中的COD。 Photo-MFCs可用于废水处理，而收获的光合微生物可用于诱饵生产或生物质能开发，从而增加了其在新能源开发和废水处理应用中的潜力。

在此基础上，本研究首先将微藻类和光合细菌分别接种在双室MFC的阴极和阳极上，构建了Photo-MFC，研究了其废水处理效果，并证明了在处理猪废水时获得光合微生物和电的可行性。

2.材料和方法
2.1养猪场的污水
实验中使用的猪废水取自厦门郊区的一个养猪场。它是由猪粪和猪舍洗涤水组成的混合废水。水质特征如表1所示。

表1实验猪废水的水质特征

2.2 MFCs的设备结构
在该实验中构造的MFC是由有机玻璃板制成的双室MFC（图1）。阳极室和阴极室的体积均为135 cm3，阳极和阴极碳毡的表面积为16 cm2（4 cm×4 cm）。阴极室和阳极室被质子交换膜隔开。进水口和出水口设置在设备的底部和顶部，并连接了外部1000Ω电阻器。外部电路通过导线连接到电极以形成回路。每5分钟由数据收集器收集MFC的输出电压。 1次。图1光合微生物燃料电池装置

2.3 Photo-MFCs的接种和操作
富集0.2 V（vs. Ag / AgCl）和光的光合细菌用作Photo-MFCs阳极接种物，Scendesmus（Desmodesmus sp。A8）用作阴极微生物。 Photo-MFCs启动阶段的阳极电解液是人造废水，阴极电解液是BG11介质。电池稳定运行后，阳极电解液为生猪废水，阳极废水为阴极水。反应器在3000 lx的光照下运行，温度恒定在28℃。当输出电压降至40 mV以下时，请更换。

2.4水质分析
有关氨氮，磷和COD的测量，请参考《水和废水监测分析方法(第4版)》。用0.45μm的过滤器过滤测试溶液。 COD测量使用重铬酸氧化法，氨氮测量使用Nessler比色法，TP测量使用钼酸铵分光光度法氨氮，磷和COD的去除率（r）的公式如下：

　式中，C 0和C t分别是初始浓度和处理t天后的浓度。

2.5微藻生长曲线图
F-4600分光光度计用于确定Desmodesmus sp.A8微藻在680 nm处的光密度（OD680），以研究微藻的生长。

2.6氮和磷对微藻生长的影响
基于BG11培养基，研究了氮源，氮浓度和磷浓度对阴极微藻A8生长的影响。氮源实验使用硝酸盐氮（NaNO3）和氨氮（NH4Cl），氮浓度为250 mg·L-1，有机氮（尿素）和硝酸铵混合盐（NH4NO3）。氮浓度试验中加入硝酸钠，氮浓度为0、5、50、125、250 mg·L-1；磷浓度实验采用K2HPO4，磷浓度为0.8、7.2、21.6、64.8 mgL-1。

3.结果与讨论
3.1氮源和氮磷浓度对光-MFCs阴极微藻生长的影响
猪废水中有多种类型的高浓度含氮污染物，对微藻的生长有一定影响。这项研究首先研究了高浓度氮源对阴极微藻Desmodesmus sp。生长的影响。 A8（图2a）。从图2a可以看出4种氮源可以促进阴极微藻Desmodesmus sp。的生长。 A8。以尿素为氮源的微藻的生长状况最好，其次是硝酸盐氮和混合氮，最差的是氨氮。将硝酸氮，氨氮，混合氨和尿素培养20天，光密度值（OD680）分别为2.03、1.45、1.74和2.33。实验结果表明，阴极微藻Desmodesmus sp。 A8不仅可以利用无机氮（氮氮和氨氮），而且还可以利用有机氮（尿素）并且可以适应更高的氮浓度。图2氮源（a），氮浓度（b）和磷浓度（c）对微藻A8生长的影响

氮和磷是微藻生长中最基本的营养素，它们参与了包括叶绿素分子在内的有机物质的合成（Zhang Zhengbin等，2004）。氮和磷浓度对Desmodesmus sp.A8生长的影响如图2b和2c所示。显着性分析表明，随着氮磷浓度的增加，微藻的生长快于生长速率，但在实验设定的氮磷浓度范围内，氮磷浓度增加到一定值。 A8的生长效果不显着（p>0.05）。

3.2光对阳极光合细菌潜力的影响
开路电势（OCP）反映了微生物的代谢途径，通常用于表征微生物燃料电池的性能（Liu等人，2005）。如图3所示，在光和暗条件下接种光合细菌的生物电化学系统的开路电势如图3所示。在黑暗条件下，阳极接种是从富含0.2 V（vs。Ag / AgCl）的光合细菌获得的。 ）代谢乙酸钠的电位，开路电位迅速降低，并稳定在-0.4 V（vs. Ag / AgCl）；在黑暗中稳定运行180小时后，给定光（1500 lx）时，OCP迅速下降，表明光可以增加光合细菌的还原活性。另外，随着反应器的操作，阳极电解液玫瑰红逐渐加深。该系统的OCP降低至-0.6 V（vs. Ag / AgCl），在光照条件下稳定，表明光合作用细菌在光照条件下存在不同于黑暗条件的代谢模式和电子转移路径。

图3在光和暗条件下（光照180 h）光合细菌OCP（相对于Ag / AgCl）的变化

3.3基于猪废水的光-MFC的发电特性
构造的Photo-MFC使用含有乙酸钠的人造废水作为阳极电解液，并启动和运行2个循环。用猪废水代替阳极电解液进行处理。使用这两种废水作为燃料的Photo-MFCs的电压随时间的变化如下：如图4所示。从图中可以看出，发电曲线通常显示出上升，稳定和降低三个阶段。下降。当添加废水时，微生物所需的营养得以补充，电压迅速上升至最大且稳定。发电平台，随着废水中有机物的降解，电压逐渐降低。

图4使用人造废水和猪废水作为燃料的光-MFC

使用人造废水和猪废水作为阳极电解液构造的Photo-MFC具有稍微不同的发电曲线，外部电阻R = 1000Ω。 Photo-MFCs使用含有乙酸钠的人造废水作为底物，稳定的输出电压约为207. mV，经过两个操作周期后，阳极电解液被猪废水代替，电池输出电压降至184 mV。可能是由于猪废水的成分更为复杂，它对阳极微生物的生长产生了不利影响，导致电池输出电压降至161 mV，并趋于稳定。

3.4光-MFCs处理猪废水

构造的Photo-MFC以猪废水为底物稳定运行，每次液体交换的体积为64 mL（阳极电解液的0.5倍）。表2显示了第二个发电周期中处理Photo-MFC之前和之后的猪废水。水质变化。从表2中可以看出，在光MFC阳极和阴极处理猪废水后，废水中的COD，氨氮和总磷具有较高的去除率。经过1个工作周期（水力停留时间为4 d），猪阳极废水中COD的平均去除率为70.6％，氨氮的平均去除率为46.9％，而磷的去除率仅为16.1％ 。微藻阴极对阳极出水进行进一步处理后，磷浓度降至9.2 mg·L-1，总去除率达到81.7％。 COD和氨氮的总去除率分别为91.8％和90.2％。阳极光合细菌和阴极微藻处理后的猪废水呈透明状，浊度明显降低，气味几乎消失，但出水呈棕黄色。

表2 Photo-MFCs的水质

3.5在不同废水处理中S.阴极的生长

为了研究阳极氧化后的猪废水是否可用于微藻培养，OD680被用作细胞密度指示剂，以监测BG11培养基中的Scenedesmus A8，猪废水，稀释1倍的猪废水以及阳极中的光合细菌。经处理的猪废水的生长情况如图5所示。在猪废水中，培养前3天OD680有所增加，但3天后细胞密度开始下降，而16天后OD680仅为1.23。在稀的猪出水中，用阳极光合细菌和BG11培养基处理过的猪出水中，微藻的光密度随着培养时间的增加而逐渐增加，但微藻A8属于这三种。培养基中的生长速率不同。培养16天后，OD680值分别达到3.75（BG11），2.43（稀释猪废水的1倍）和3.40（光合细菌处理后的猪废水）。

图5不同水培养条件下微藻的生长曲线

微藻A8与处理过的猪废水一起培养，其光密度高于稀释的猪废水，仅次于对照组BG11培养基。猪废水中污染物的种类和高化学需氧量等因素可能导致微藻的生长。缓慢的主要原因是稀释后降低了猪废水中污染物的浓度，并且减弱了对微藻生长的影响。同时，阳极氧化处理后的废水中的污染物浓度降低，残留的氮和磷可以满足微藻的生长。

4.结论

1）Photo-MFCs阴极微藻A8不仅对无机氨氮和有机尿素具有良好的适应性，而且在高浓度氮（250 mg·L-1）和磷（64.8 mg·L-1）的条件下也可以正常使用）增长。

2）以光合细菌为阳极微生物，微藻类为阴极微生物构建的光-MFCs可以利用猪废水作为燃料发电。 Photo-MFCs使用含有乙酸钠的人造废水作为底物，输出电压为207 mV（外部电阻R = 1000Ω），基于猪废水，稳定的电池输出电压为161 mV。

3）建成的Photo-MFCs可以利用猪的废水发电，达到净化水质的效果。猪废水经过阳极和阴极相继处理，化学需氧量去除率达91.8％，氨氮去除率达90.2％，磷去除率达81.7％，具有良好的除臭性能。

4）微藻A8在光合细菌处理的猪废水中生长良好。培养16天后，OD680值为3.40，在BG11培养基中仅次于3.75，优于通过将猪废水稀释1倍于2.43所获得的OD680值，在猪废水原液中微藻几乎不生长。