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零价铁(Zero-Valent Iron,ZVI)能够去除水中的砷,但是由于零价铁自身腐蚀较慢导致其除砷效率较低。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种前景被广泛看好的可通过微生物由废水或废物中回收电能的新能源形式,但该项技术在现阶段存在输出电压低、产电不易收集利用的不足。基于此,本文成功构建了MFC-ZVI耦合体系,并将其应用于含砷水的处理中。耦合体系中ZVI能够直接利用MFC所产生的低压电能,使得铁腐蚀速率和除砷效率得到显著提高。本研究主要内容包括： ⑴成功培养了以葡萄糖为基质的单室微生物燃料电池,该单室MFC的内阻为108Ω,在电流密度为1726mA.m-2时具有最大输出功率密度(477Mw.m-2),当MFC外接1000Ω电阻时,最大稳定输出电压达0.52 V。 ⑵MFC-ZVI体系的除砷效果明显优于ZVI体系:除As(V)过程中,当反应时间达120min时,MFC-ZVI体系中总砷(As(tot))去除率为96％,而ZVI体系在相同时间内As(tot)去除率仅为84％:除As(Ⅲ)过程中,当反应时间达120min时,MFC-ZVI系统As(tot)浓度下降到9.8μg.L-1,无As(Ⅲ)检出,而ZVI系统在反应时间为120min时As(tot)残留量为180μg.L-1,As(Ⅲ)残留量为106μg.L-1。 ⑶研究了MFC-ZVI体系的除砷机理。结果表明,与单独的ZVI体系相比,MFC-ZVI耦合体系中H2O2和铁氧化物的产生速度和产生量均明显高于ZVI体系,这些氧化剂能够迅速将三价砷氧化为五价砷,进而提高体系的除砷效果;砷铁分布和铁氧化物的XRD分析研究结果显示,与单独的ZVI除砷系统相比,MFC-ZVI耦合体系中的铁氧化物具有更高的砷铁比,两系统中砷形态和铁形态及组成差异是导致该结果的主要原因。此外,MFC-ZVI体系中电极表面的铁氧化物对砷的吸附能力优于溶液中铁氧化物的吸附能力,这可能是由于MFC-ZVI体系中存在电浓缩现象,促使砷富集在铁电极附近从而提高电极的除砷效果。 ⑷对MFC-ZVI耦合体系在装置上进行了简化。新型MFC-ZVI体系采用阴极室较长的双室MFC,将ZVI部分植入MFC阴极室,以含砷水作为阴极液,利用阴极室水体电阻形成闭合电路。新型MFC在使用磷酸盐缓冲液作为阴极反应介质时,整个MFC内阻为193Ω,在电流密度为90lmA.m-2时该双室MFC具有最大输出功率(260mW.m-2);而在使用含砷水溶液作为阴极反应介质时,整个MFC内阻为114Ω,在电流密度为1144.2mA.m-2时该双室MFC具有最大输出功率(209.3mW.m-2)。实验结果表明该新型MFC-ZVI体系能够有效地去除三价砷。