CN103996867B - 使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置 - Google Patents

使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置，其特点是，包括电极的制备、阳极活性污泥、阴极施式假单胞菌培养液的培养、超声波预处理、阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化、阳极液、阴极液的制备和回型微生物燃料电池装置的构建与运行等步骤，其结构简单、占地空间小，性能可靠，能够在实现对废水连续处理的同时显著提高了电池产电性能，产电速率高，废水处理效率高。

Description

使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置
技术领域
本发明涉及一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置。
背景技术
由于人口的不断增长和工业革命的迅速发展，能源短缺问题已非常严峻。微生物燃料电池能很好地将污水处理和能源制备结合在一起，进而成为一种新型的环境生物处理技术。
微生物燃料电池以有机物为燃料，在微生物为催化剂的作用下将有机物氧化而释放出能量。一些微生物燃料电池中接种的菌体可以利用外界氮源来进行代谢反应，使微生物燃料电池在产电的同时能够实现对废水的脱氮。但上述微生物燃料电池在诸多弊端，仍有很大的改进空间。在接种的产电微生物方面，现有微生物燃料电池接种菌对底物的氧化速率慢，产电效率较低。通过选择合适的菌种组合或者对产电微生物进行适当的预处理，可加快其新陈代谢以提高微生物燃料电池的产电效果；现有微生物燃料电池主要以双室或单室结构为主，阴、阳两极传质面积有限，为此需进一步优化反应器的结构，使电池单位体积的阳极与阴极接触面积加大，进而降低阴阳极之间的传质阻力，增大电池单位体积输出功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、占地空间小，性能可靠，能够在实现对废水连续处理的同时显著提高了电池产电性能，产电速率高，废水连续处理效率高的使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置，其特征是，它包括以下步骤：
(1)电极的制备
a.阳极制备
取规格长×宽为4.0×4.0cm，厚度为1.0cm的碳毡两片，中间夹有规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片，用碳纤维丝线将铜片固定在碳毡上作为阳极；
b.阴极制备
使用规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片作为阴极；
(2)阳极活性污泥、阴极施式假单胞菌培养液的培养
a.阳极活性污泥的培养
将购自上海道承环境工程有限公司的颗粒活性污泥200g加入到800mL的培养基中，所述培养基各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5，在烧杯中经过3d的密闭、室温、静止培养后得到阳极活性污泥；
b.阴极施式假单胞菌培养液的培养
将保存在斜面上的购自中国普通微生物菌种保藏管理中心的菌株编号为CGMCC1.8597的施式假单胞菌接入到50mL的种子培养基中，所述种子培养基各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，琥珀酸钠2.5g/L，H2O1L，pH7.5，在30℃，150rpm的摇床中培养3d，得到阴极施式假单胞菌培养液，4℃冰箱保存备用；
(3)超声波预处理
将20mL经过步骤(2)a培养得到的阳极活性污泥和20mL经过步骤(2)b培养得到的施式假单胞菌培养液分别用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，设定超声波功率为200～600W，超声时间为10～20min；
(4)阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化
a.阳极活性污泥的固定化
取12～14g聚乙二醇溶于含有0.6％～0.8％N，N，N，，N，-四亚甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除盐水中，然后向其中加入12～16mL经步骤(3)处理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％过硫酸钾于烧杯中，经过24h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
b.阴极施式假单胞菌培养液的固定化
取12～14g的聚乙烯醇和0.8～1.2g海藻酸钠，加入150mL除盐水中，用沸水浴加热使之溶解，冷却到室温，再与0.8g活性炭混合，在无菌单人双面净化台中加入12～16mL经步骤(3)处理的施式假单胞菌培养液，混合均匀后转移到经碳酸钠溶液调节pH值为6.7并含有重量百分含量为4wt％氯化钙的饱和硼酸溶液中，在4℃条件下交联4h，然后再将其转移到0.5～1.0mol/L-1的硫酸钠溶液中交联8h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
(5)阳极液、阴极液的制备
a.阳极液的制备
有机废水为回型微生物燃料电池的阳极液，其各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5；
b.阴极液的制备
硝态氮废水为回型微生物燃料电池的阴极液，其各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，丁二酸纳2.5g/L；pH7.5；
(6)回型微生物燃料电池装置的构建与运行
a.回型微生物燃料电池装置的构建
一种回型微生物燃料电池装置包括：回型有机玻璃框体、第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室、第四阴极室、阳极室、盐桥、阴极液流入管、阴极液流出管、阳极室流入管、阳极室流出管、蠕动泵、阀门、阴极室连通管、阴极接线柱、阳极接线柱、阳极、阴极和隔板；所述回型有机玻璃框体的中空心部置有阳极室，在所述回型有机玻璃框体通过隔板分隔构成的第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室环绕置在阳极室的四周，所述回型有机玻璃框体的外边长相等均为13.4cm，内边长相等均为10cm，高10cm，阳极室的边长10cm×10cm×10cm的正方体，容积为1000mL，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室的容积相等均为200mL，总容积为800mL；第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室与和阳极室之间均以盐桥隔开；第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室通过连通管连通，在所述阳极室内装填步骤(4)a得到的立方体，装填体积为阳极室总体积的1/4，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室内均装有步骤(4)b得到的立方体，装填体积为每个阴极室体积的1/4，阳极室中间放置一个步骤(1)a得到的阳极，阳极与阳极接线柱电连接，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室均放置一个步骤(1)b得到的阴极，阴极与阴极接线柱电连接，阳极室的底部与阳极液流入管连通，阳极室的顶部与阳极液流出管连通，第一阴极室与阴极液流入管连通，第三阴极室与阴极液流出管连通，在阳极液流入管、阳极液流出管、阴极液流入管和阴极液流出管上均连接有阀门；
b.回型微生物燃料电池的运行
阳极室注入步骤(5)a得到的阳极液，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室均注入(5)b的阴极液，溶解氧控制在6.4mg/L，进行产电微生物的第一次驯化，并通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的产电性能；当回型微生物燃料电池经过稳定输出电压时期，输出电压下降时，分别更换新的阳极液和阴极液，进行第二次驯化；按上述步骤重复五次驯化后，完成回型微生物燃料电池的驯化过程，之后由蠕动泵提供动力，启动阳极室的阳极液流入管阀门，使作为阴极液的硝态氮废水从第一阴极室下侧进入，流经第二阴极室和第四阴极室，从第三阴极室连通的阴极液流出管出口流出，作为阳极液的有机废水通过蠕动泵从阳极室底部连通的阳极液流入管入口流入阳极室，从阳极室顶部的阳极液流出管出水口流出，通过调节阳极液流入管、阳极液流出管、阴极液流入管和阴极液流出管上连接的阀门，使作为阴极液的硝态氮废水和作为阳极液的有机废水的流速均控制在0.8mL/min，通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的输出电压，每隔24h监测有机废水中CODCr和硝态氮废水中硝氮含量的变化。
本发明与现有技术相比存在以下显著的优势：
①首次将活性污泥与施式假单胞菌组合作为微生物燃料电池的阳、阴极产电微生物；
②本发明对接种前的活性污泥和施式假单胞菌分别进行了适当的超声波预处理，利用其具有的机械应力在细胞表面引起能够自身快速愈合的微小损伤，在愈合过程中，增强了酶的新陈代谢活性，从而提高电池产电性能；
③本发明构建的微生物燃料电池采用回型结构，在有限的空间上增大了阴极和阳极的接触面积，即增加阴阳极之间的传质面积，在实现对废水连续处理的同时显著提高了电池产电性能；
④本发明分别根据活性污泥和施式假单胞菌的特性用不同的包埋法进行固定化，提高微生物与外界的传质性，从而提高产电和废水处理效率。
附图说明
图1为本发明装置主视图；
图2为本发明装置俯视图；
图3为本发明实施例1回型微生物燃料电池CODCr和硝态氮去除率曲线图；
图4为本发明实施例2回型微生物燃料电池CODCr和硝态氮去除率曲线图；
图5为本发明实施例3回型微生物燃料电池CODCr和硝态氮去除率曲线图。
图中：1第一阴极室，2第二阴极室，3第三阴极室，4第四阴极室，5阳极室，6盐桥，7阴极液流入管，8阴极液流出管，9阳极室流入管，10阳极室流出管，11蠕动泵，12阀门，13阴极室连通管，14阴极接线柱，15阳极接线柱，16阳极，17阴极，18隔板；●表示有机废水中CODCr的去除率，■表示硝态氮废水中的硝态氮去除率。
具体实施方式
实施例1：实施例1的一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置，包括以下步骤：
(1)电极的制备
a.阳极制备
取规格长×宽为4.0×4.0cm，厚度为1.0cm的碳毡两片，中间夹有规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片，用碳纤维丝线将铜片固定在碳毡上作为阳极；
b.阴极制备
使用规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片作为阴极；
(2)阳极活性污泥、阴极施式假单胞菌培养液的培养
a.阳极活性污泥的培养
将购自上海道承环境工程有限公司的颗粒活性污泥200g加入到800mL的培养基中，所述培养基各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5，在烧杯中经过3d的密闭、室温、静止培养后得到阳极活性污泥；
b.阴极施式假单胞菌培养液的培养
将保存在斜面上的购自中国普通微生物菌种保藏管理中心的菌株编号为CGMCC1.8597的施式假单胞菌接入到50mL的种子培养基中，所述种子培养基各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，琥珀酸钠2.5g/L，H2O1L，pH7.5，在30℃，150rpm的摇床中培养3d，得到阴极施式假单胞菌培养液，4℃冰箱保存备用；
(3)超声波预处理
将20mL经过步骤2(a)培养得到的阳极活性污泥和20mL经过步骤2(b)培养得到的施式假单胞菌培养液液分别用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，设定超声波功率为200W，超声时间为10min；
(4)阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化
a.阳极活性污泥的固定化
取12g聚乙二醇溶于含有0.6％N，N，N，，N，-四亚甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除盐水中，然后向其中加入12mL经步骤(3)超声波预处理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％过硫酸钾于烧杯中，经过24h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
b.阴极施式假单胞菌培养液的固定化
取12g的聚乙烯醇和0.8g海藻酸钠，加入150mL除盐水中，用沸水浴加热使之溶解，冷却到室温，再与0.8g活性炭混合，在无菌单人双面净化台中加入12mL经步骤(3)超声波预处理的施式假单胞菌培养液，混合均匀后转移到经碳酸钠溶液调节pH值为6.7并含有重量百分含量为4wt％氯化钙的饱和硼酸溶液中，在4℃条件下交联4h，然后再将其转移到0.5mol/L-1的硫酸钠溶液中交联8h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
(5)阳极液、阴极液的制备
a.阳极液的制备
有机废水为回型微生物燃料电池的阳极液，其各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5；
b.阴极液的制备
硝态氮废水为回型微生物燃料电池的阴极液，其各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，丁二酸纳2.5g/L，pH7.5；
(6)回型微生物燃料电池装置的构建与运行
a.回型微生物燃料电池装置的构建
一种回型微生物燃料电池装置包括：回型有机玻璃框体、第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3、第四阴极室4、阳极室5、盐桥6、阴极液流入管7、阴极液流出管8、阳极室流入管9、阳极室流出管10、蠕动泵11、阀门12、阴极室连通管13、阴极接线柱14、阳极接线柱15、阳极16、阴极17和隔板18；所述回型有机玻璃框体的中空心部置有阳极室5，在所述回型有机玻璃框体通过隔板18分隔构成的第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4环绕置在阳极室5的四周，所述回型有机玻璃框体的外边长相等均为13.4cm，内边长相等均为10cm，高10cm，阳极室5的边长10cm×10cm×10cm的正方体，容积为1000mL，第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4的容积相等均为200mL，总容积为800mL；第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4与和阳极室5之间均以盐桥6隔开；第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4通过连通管13连通，在所述阳极室5内装填步骤(4)a得到的立方体，装填体积为阳极室5总体积的1/4，第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4内均装有步骤(4)b得到的立方体，装填体积为每个阴极室体积的1/4，阳极室5中间放置一个步骤(1)a得到的阳极16，阳极16与阳极接线柱15电连接，第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4均放置一个步骤(1)b得到的阴极17，阴极17与阴极接线柱14电连接，阳极室5的底部与阳极液流入管9连通，阳极室5的顶部与阳极液流出管10连通，第一阴极室1与阴极液流入管7连通，第三阴极室3与阴极液流出管8连通，在阳极液流入管9、阳极液流出管10、阴极液流入管7和阴极液流出管8上均连接有调节阀门12；
b.回型微生物燃料电池的运行
阳极室5注入步骤(5)a得到的阳极液，第一阴极室1、第二阴极室2、第三阴极室3和第四阴极室4均注入(5)b的阴极液，溶解氧控制在6.4mg/L，进行产电微生物的第一次驯化，并通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的产电性能；当回型微生物燃料电池经过稳定输出电压时期，输出电压下降时，分别更换新的阳极液和阴极液，进行第二次驯化；按上述步骤重复五次驯化后，完成回型微生物燃料电池的驯化过程，之后由蠕动泵11提供动力，启动阳极室进水阀门，使作为阴极液的硝态氮废水从第一阴极室1下侧进入，流经第二阴极室2和第四阴极室4，从第三阴极室3连通的阴极液流出管8出口流出，作为阳极液的有机废水通过蠕动泵11从阳极室5底部连通的阳极液流入管9入口流入阳极室，从阳极室5顶部的阳极液流出管10出水口流出，通过调节阳极液流入管9、阳极液流出管10、阴极液流入管7和阴极液流出管8上连接的阀门12，使作为阴极液的硝态氮废水和作为阳极液的有机废水的流速均控制在0.8mL/min，通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的输出电压，每隔24h监测有机废水中CODCr和硝态氮废水中硝氮含量的变化。
实施例2：实施例2的一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置的步骤中(1)、(2)(5)和(6)步骤与实施例1相同，其(3)和(4)步骤有不同，具体步骤是：
(3)超声波预处理
将20mL经过步骤2(a)培养得到的阳极活性污泥和20mL经过步骤2(b)培养得到的施式假单胞菌培养液液分别用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，设定超声波功率为400W，超声时间为15min；
(4)阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化
a.阳极活性污泥的固定化
取13g聚乙二醇溶于含有0.7％N，N，N，，N，-四亚甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除盐水中，然后向其中加入14mL经步骤(3)超声波预处理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％过硫酸钾于烧杯中，经过24h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
b.阴极施式假单胞菌培养液的固定化
取13g的聚乙烯醇和1.0g海藻酸钠，加入150mL除盐水中，用沸水浴加热使之溶解，冷却到室温，再与0.8g活性炭混合，在无菌单人双面净化台中加入14mL经步骤(3)超声波预处理的施式假单胞菌培养液，混合均匀后转移到经碳酸钠溶液调节pH值为6.7并含有重量百分含量为4wt％氯化钙的饱和硼酸溶液中，在4℃条件下交联4h，然后再将其转移到0.8mol/L-1的硫酸钠溶液中交联8h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
实施例3：实施例3的一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置的步骤中(1)、(2)(5)和(6)步骤与实施例1相同，其(3)和(4)步骤有不同，具体步骤是：
(3)超声波预处理
将20mL经过步骤2(a)培养得到的阳极活性污泥和20mL经过步骤2(b)培养得到的施式假单胞菌培养液液分别用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，设定超声波功率为600W，超声时间为20min；
(4)阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化
a.阳极活性污泥的固定化
取14g聚乙二醇溶于含有0.8％N，N，N，，N，-四亚甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除盐水中，然后向其中加入16mL经步骤(3)超声波预处理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％过硫酸钾于烧杯中，经过24h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
b.阴极施式假单胞菌培养液的固定化
取14g的聚乙烯醇和1.2g海藻酸钠，加入150mL除盐水中，用沸水浴加热使之溶解，冷却到室温，再与0.8g活性炭混合，在无菌单人双面净化台中加入16mL经步骤(3)超声波预处理的施式假单胞菌培养液，混合均匀后转移到经碳酸钠溶液调节pH值为6.7并含有重量百分含量为4wt％氯化钙的饱和硼酸溶液中，在4℃条件下交联4h，然后再将其转移到0.8mol/L-1的硫酸钠溶液中交联8h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体。
表1回型微生物燃料电池的产电性能
由表1可知，实施例1中回型微生物燃料电池运行10h后，达到稳定输出电压阶段，输出电压为670mV，在电池运行第5d输出电压达到最大值719mV,随后电池的输出电压稳定在710mV以上。
由图3可知，实施例1被活性污泥处理后，阳极室内CODCr的去除率在第5d就达到了最大值，为74.7％，随后的去除率均稳定在74.0％左右；阴极室中硝态氮去除率前期呈快速上升趋势，在第4d达到最大值89.1％，随后的去除率均稳定在88％以上。
由表1可知，实施例1中回型微生物燃料电池运行10h后，达到稳定输出电压阶段，输出电压为681mV，在电池运行第4d输出电压达到最大值755mV,随后电池的输出电压稳定在740mV以上。
由图4可知，实施例2被活性污泥处理后，阳极室内CODCr的去除率在第5d就达到了最大值，为88.5％，随后的去除率均稳定在89.0％左右；阴极室中硝态氮去除率前期呈快速上升趋势，在第4d达到最大值95.6％，随后的去除率均稳定在95％以上。
由表1可知，实施例2中回型微生物燃料电池运行10h后，达到稳定输出电压阶段，输出电压为675mV，在电池运行第3d输出电压达到最大值730mV,随后电池的输出电压稳定在719mV以上。
由图5可知，实施例3被活性污泥处理后，阳极室内CODCr的去除率在第5d就达到了最大值，为85.2％，随后的去除率均稳定在85％左右；阴极室中硝态氮去除率前期呈快速上升趋势，在第5d达到最大值91.1％，随后的去除率均稳定在90.5％以上。

Claims (1)

1.一种使用超声波预处理产电微生物的回型微生物燃料电池装置，其特征是，它包括以下步骤：
(1)电极的制备
a.阳极制备
取规格长×宽为4.0×4.0cm，厚度为1.0cm的碳毡两片，中间夹有规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片，用碳纤维丝线将铜片固定在碳毡上作为阳极；
b.阴极制备
使用规格长×宽为4.0×4.0cm的铜片作为阴极；
(2)阳极活性污泥、阴极施式假单胞菌培养液的培养
a.阳极活性污泥的培养
将颗粒活性污泥200g加入到800mL的培养基中，所述培养基各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5，在烧杯中经过3天的密闭、室温、静止培养后得到阳极活性污泥；
b.阴极施式假单胞菌培养液的培养
将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC1.8597的施式假单胞菌接入到50mL的种子培养基中，所述种子培养基各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，琥珀酸钠2.5g/L，H2O1L，pH7.5，在30℃，150rpm的摇床中培养3天，得到阴极施式假单胞菌培养液，4℃冰箱保存备用；
(3)超声波预处理
将20mL经过步骤(2)a培养得到的阳极活性污泥和20mL经过步骤(2)b培养得到的施式假单胞菌培养液分别用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，设定超声波功率为200～600W，超声时间为10～20min；
(4)阳极活性污泥的固定化、阴极施式假单胞菌培养液的固定化
a.阳极活性污泥的固定化
取12～14g聚乙二醇溶于含有0.6％～0.8％N，N，N，，N，-四亚甲基二元胺和0.8g活性炭的150mL除盐水中，然后向其中加入12～16mL经步骤(3)处理后的活性污泥充分混合，然后再加入3.0mL，40％过硫酸钾于烧杯中，经过24h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
b.阴极施式假单胞菌培养液的固定化
取12～14g的聚乙烯醇和0.8～1.2g海藻酸钠，加入150mL除盐水中，用沸水浴加热使之溶解，冷却到室温，再与0.8g活性炭混合，在无菌单人双面净化台中加入12～16mL经步骤(3)处理的施式假单胞菌培养液，混合均匀后转移到经碳酸钠溶液调节pH值为6.7并含有重量百分含量为4wt％氯化钙的饱和硼酸溶液中，在4℃条件下交联4h，然后再将其转移到0.5～1.0mol/L-1的硫酸钠溶液中交联8h，将形成的凝胶切成边长为3mm立方体；
(5)阳极液、阴极液的制备
a.阳极液的制备
有机废水为回型微生物燃料电池的阳极液，其各组分用量分别为：醋酸钠0.54g/L，无水氯化亚铁4.2mg/L，磷酸二氢钾0.06g/L，磷酸氢二钾2.412g/L，氯化钙0.48g/L，NH4Cl0.3g/L，MgSO4·7H2O0.08g/L，MnSO40.6mg/L，pH6.5-7.5；
b.阴极液的制备
硝态氮废水为回型微生物燃料电池的阴极液，其各组分用量分别为：KNO30.8g/L，KH2PO41.5g/L，MgSO4·7H2O0.8g/L，丁二酸纳2.5g/L；pH7.5；
(6)回型微生物燃料电池装置的构建与运行
a.回型微生物燃料电池装置的构建
一种回型微生物燃料电池装置包括：回型有机玻璃框体、第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室、第四阴极室、阳极室、盐桥、阴极液流入管、阴极液流出管、阳极室流入管、阳极室流出管、蠕动泵、阀门、阴极室连通管、阴极接线柱、阳极接线柱、阳极、阴极和隔板；所述回型有机玻璃框体的中空心部置有阳极室，在所述回型有机玻璃框体通过隔板分隔构成的第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室环绕置在阳极室的四周，所述回型有机玻璃框体的外边长相等均为13.4cm，内边长相等均为10cm，高10cm，阳极室的边长10cm×10cm×10cm的正方体，容积为1000mL，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室的容积相等均为200mL，总容积为800mL；第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室与和阳极室之间均以盐桥隔开；第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室通过连通管连通，在所述阳极室内装填步骤(4)a得到的立方体，装填体积为阳极室总体积的1/4，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室内均装有步骤(4)b得到的立方体，装填体积为每个阴极室体积的1/4，阳极室中间放置一个步骤(1)a得到的阳极，阳极与阳极接线柱电连接，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室均放置一个步骤(1)b得到的阴极，阴极与阴极接线柱电连接，阳极室的底部与阳极液流入管连通，阳极室的顶部与阳极液流出管连通，第一阴极室与阴极液流入管连通，第三阴极室与阴极液流出管连通，在阳极液流入管、阳极液流出管、阴极液流入管和阴极液流出管上均连接有阀门；
b.回型微生物燃料电池的运行
阳极室注入步骤(5)a得到的阳极液，第一阴极室、第二阴极室、第三阴极室和第四阴极室均注入(5)b的阴极液，溶解氧控制在6.4mg/L，进行产电微生物的第一次驯化，并通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的产电性能；当回型微生物燃料电池经过稳定输出电压时期，输出电压下降时，分别更换新的阳极液和阴极液，进行第二次驯化；按上述步骤重复五次驯化后，完成回型微生物燃料电池的驯化过程，之后由蠕动泵提供动力，启动阳极室的阳极液流入管阀门，使作为阴极液的硝态氮废水从第一阴极室下侧进入，流经第二阴极室和第四阴极室，从第三阴极室连通的阴极液流出管出口流出，作为阳极液的有机废水通过蠕动泵从阳极室底部连通的阳极液流入管入口流入阳极室，从阳极室顶部的阳极液流出管出水口流出，通过调节阳极液流入管、阳极液流出管、阴极液流入管和阴极液流出管上连接的阀门，使作为阴极液的硝态氮废水和作为阳极液的有机废水的流速均控制在0.8mL/min，通过电化学工作站在线监测回型微生物燃料电池的输出电压，每隔24h监测有机废水中CODCr和硝态氮废水中硝氮含量的变化。
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