微生物电解池阳极生物膜功能菌群构建及群落特征分析

【目的】微生物电解电池(MEC)是近几年快速发展的利用电极呼吸微生物快速降解有机质,通过较小的辅助外加电压直接生成氢气的新工艺。MEC能够有效地富集高效率电子传递功能菌群,是未来工艺放大和快速启动的关键。【方法】采用不同驯化方法构建MEC电极微生物菌群,通过单链构象多肽性技术(Single-strand conformation poly-morphism,SSCP)快速检测分析启动后电子传递功能菌群特征。【结果】阳极生物膜接种MEC可以实现2 d的快速启动,库仑效率达到20%以上,7 d获得稳定产氢,氢气转化率达到30%,能量回收效率达到90%以上。通过SSCP群落分析发现,采用微生物燃料电池阳极生物膜构建的MEC主要电子传递功能相关的菌群包括Pseudomonas sp.、Flavobacterium sp.、Ochrobactrum sp.,而直接由产氢MEC阳极生物膜新启动的MEC功能菌群组成丰度更大,包括电子传递效能更高的Desulfovibrio、Pseudomonas和Shewanella成为主要优势电子传递菌群。通过稳定产氢运行,MEC阳极生物膜优势菌群中存在的较大比例的厌氧菌与电子传递辅助菌对体系的快速稳定运行十分重要。【结论】与MFC阳极生物膜相比,MEC生物膜作为启动菌源能够获得多样性更丰富的电极功能菌群,其库仑效率和产氢效率更具优势。