艾海男，周漫宇，周 濤，詹 昊，呂逸韜

(1. 重慶大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，重慶 400045； 2. 重慶市豪洋水務(wù)建設(shè)管理有限公司，重慶 400023)

0 引 言

在自然因素和人類(lèi)的共同活動(dòng)下，大量的氮、磷流失到自然水體，使得湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重[1]，水華現(xiàn)象頻繁發(fā)生。因此水體的脫氮除磷也引起各界廣泛的關(guān)注。如今隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，脫氮的方法逐漸成熟，主要過(guò)程是將水中的氨氮及硝酸鹽可通過(guò)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩鴮⑵溽尫诺娇諝庵?，以達(dá)到水體脫氮的目的，但磷卻由于沒(méi)有氣態(tài)的存在形式，故難以將其從水相及沉積相中分離而除去。

近年來(lái)，自然水體和沉積物中磷的去除主要是通過(guò)植物吸收和清淤技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究表明[2-5]，沉水植物(水葫蘆、浮萍、水浮蓮、香蒲、蘆葦?shù)?可以吸收富營(yíng)養(yǎng)化水體中的磷；同時(shí)，清淤技術(shù)在去除水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面亦有一定的成效。然而這兩種目前有效的除磷方法都涉及到磷元素存在形態(tài)的轉(zhuǎn)化。植物吸收的磷形態(tài)主要是正磷酸鹽[6-7]；清淤方式則需要將水體中的磷轉(zhuǎn)化為鋁磷、鈣磷、鐵磷等形態(tài)沉淀下來(lái)轉(zhuǎn)化到沉積物中去。因此，磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化直接影響到磷的去除效率。有學(xué)者表示，在沉積物微生物燃料電池 (SMFC)提供的電場(chǎng)下，磷形態(tài)轉(zhuǎn)變會(huì)由于電子轉(zhuǎn)移而受到推動(dòng)作用[8]。

作為無(wú)膜微生物燃料電池的一種，沉積物微生物燃料電池(SMFC)內(nèi)在機(jī)理如下：陰極處于上清液水面，陽(yáng)極處于有機(jī)質(zhì)含量較多的厭氧沉積物里，通過(guò)電阻與導(dǎo)線(xiàn)連接。當(dāng)受到微生物催化時(shí)，陽(yáng)極周?chē)袡C(jī)物會(huì)被分解，所得電子向陰極進(jìn)行傳遞，在氧氣的作用下反應(yīng)生成水，可在回收利用能量的同時(shí)將污染物有效去除[9-11]。也有分析人員指出，一些沉水植物不僅能夠?qū)τ诔练e物磷釋放向上覆水過(guò)程產(chǎn)生抑制作用，還能夠經(jīng)由根部微生物與吸收作用將上覆水藻類(lèi)、總磷、總氮、氨氮含量有效減少[12]。

通過(guò)構(gòu)建P-SMFC系統(tǒng)，探究植物對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)電性能、磷元素去除效率及磷形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，為植物-沉積物微生物燃料電池這一新型生物反應(yīng)器在富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的水體中的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置的構(gòu)建

試驗(yàn)反應(yīng)器材料為有機(jī)玻璃，展示如下，其中內(nèi)徑100 mm，高度150 mm，試驗(yàn)共設(shè)計(jì)有2個(gè)外觀(guān)、大小相同的反應(yīng)器；但試驗(yàn)條件有所不同，2#反應(yīng)器中栽種有黑藻，1#反應(yīng)器未栽種植物。

圖1 試驗(yàn)裝置

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)樣品及處理

沉積物樣品來(lái)自重慶市某富營(yíng)養(yǎng)化湖泊，用抓斗采泥器采集。沉積物樣品特點(diǎn)為：Fe2+濃度0.834 g/kg，全磷含量1.093 g/kg，有機(jī)物含量23.47 g/kg。選取湖泊原水作為SMFC系統(tǒng)啟動(dòng)階段上覆水，TP濃度0.2 mg/L配制水作為正式反應(yīng)階段所用上覆水。由于黑藻易獲得、易培植、分布廣泛，并且根據(jù)其他研究結(jié)果表明[13-15]，黑藻與P-SMFC系統(tǒng)無(wú)特殊作用機(jī)理，具有一般性，是一種比較理想的構(gòu)建P-SMFC系統(tǒng)的沉水植物。因此沉水植物選擇長(zhǎng)勢(shì)相同、生長(zhǎng)良好的黑藻植株頂枝10 cm，將3株種于2# SMFC系統(tǒng)。

1.2.2 試驗(yàn)方法

1)處理電極：選擇Φ8 cm石墨氈作為陰極與陽(yáng)極，先浸泡于發(fā)煙硝酸內(nèi)1 d，通過(guò)超純水將其上殘留硝酸進(jìn)行清洗，再浸泡于1 mol/L NaOH 1 d，通過(guò)超純水將其上殘留NaOH進(jìn)行清洗。105 ℃烘干并在600 ℃馬弗爐灼燒4 h，冷卻到常溫。

2)組裝SMFC系統(tǒng)：因?yàn)樵囼?yàn)條件存在差異，因此兩反應(yīng)器組裝也存在差異，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：1#、2#試驗(yàn)組Fe2+濃度均為原始值，未另外添加Fe2+，1#試驗(yàn)組中未添加植物黑藻，2#試驗(yàn)組中添加了植物黑藻，在1#、2#試驗(yàn)組中均加入了電極。

先將3 cm厚沉積物加進(jìn)反應(yīng)器，再將兩端分別連接鱷魚(yú)夾銅導(dǎo)線(xiàn)與石墨氈內(nèi)部，通過(guò)防水環(huán)氧樹(shù)脂與導(dǎo)電漆進(jìn)行密封處理連接處的鈦絲陽(yáng)極放進(jìn)，放平陽(yáng)極后，覆蓋沉積物5 cm厚，靜止10 min，將5 cm高超純水沿壁慢慢加入，水面固定鈦絲陰極。外接電阻，閉路運(yùn)行。2#反應(yīng)器栽種3株黑藻，1#反應(yīng)器無(wú)植物。

1.2.3 分析測(cè)試項(xiàng)目與方法

測(cè)試指標(biāo)涵蓋pH、DO濃度、DP濃度、SRP濃度、TP濃度等水相中磷常規(guī)指標(biāo)，以及溫度、系統(tǒng)閉路電壓、石墨氈電極電阻、Fe2+、沉積物中有機(jī)質(zhì)、無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷、全磷分級(jí)測(cè)定等沉積物中磷常規(guī)指標(biāo)。

沉積物與水中磷指標(biāo)分析方法選擇了《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)[16]及《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[17]中所推薦的方法。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 P-SMFC系統(tǒng)的產(chǎn)電性能

針對(duì)P-SMFC功率密度、電流密度、電壓在有無(wú)植物基礎(chǔ)上的情況進(jìn)行分析，同時(shí)探究磷遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而研究磷去除和產(chǎn)電性能的聯(lián)系。

1.3.2 P-SMFC系統(tǒng)的污染物去除效能

圍繞有無(wú)植物、對(duì)P-SMFC系統(tǒng)的TP去除率以及有機(jī)質(zhì)去除率進(jìn)行分析。

1.3.3 P-SMFC內(nèi)磷形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理

研究有無(wú)植物條件下P-SMFC系統(tǒng)中各種磷形態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，得出磷去除效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 P-SMFC系統(tǒng)產(chǎn)電特性研究

2.1.1 P-SMFC系統(tǒng)啟動(dòng)

SMFC系統(tǒng)的啟動(dòng)實(shí)際上是陽(yáng)極生物膜形成的過(guò)程，利用沉積物與上層有氧水體之間的電勢(shì)梯度，使沉積物有機(jī)質(zhì)氧化釋放出的電子從沉積物中的陽(yáng)極流向上覆水中的陰極，從而產(chǎn)生電能[18]。SMFC系統(tǒng)成功啟動(dòng)的標(biāo)志為系統(tǒng)多次添加碳源后，碳源被微生物完全利用，電壓多次達(dá)到峰值且峰值波動(dòng)較小，電壓保持相對(duì)穩(wěn)定[19]。

由圖2可知，經(jīng)20 h馴化，系統(tǒng)電壓出現(xiàn)增大趨勢(shì)，峰值50 h與117 h均有出現(xiàn)，分別為35.3、77.3 mV，經(jīng)4次碳源補(bǔ)充后，峰值又出現(xiàn)于135、160、190、220 h，后3次峰值為61.3、64.5、68.5 mV，同時(shí)電壓穩(wěn)定，此時(shí)SMFC啟動(dòng)完成，底泥中產(chǎn)電菌富集成功。此污泥為接種污泥，測(cè)定環(huán)境及污泥中物質(zhì)初始含量，結(jié)果如表1和表2。

表1 物質(zhì)初始含量(沉積物)

表2 試驗(yàn)初始條件

圖2 SMFC電壓曲線(xiàn)

2.1.2 P-SMFC系統(tǒng)輸出電壓變化

根據(jù)圖3能夠發(fā)現(xiàn)對(duì)于1#，2#反應(yīng)器而言電壓-時(shí)間關(guān)系是基本一致的。

第0～3 d，電壓值基本保持穩(wěn)定，這是由于電池系統(tǒng)里電勢(shì)差所形成初始電量，而此刻生物活性較弱，微生物作用產(chǎn)生的電量不足以抵消初始電量[20]。第3～7 d，系統(tǒng)持續(xù)響應(yīng)，電壓一直增加，并在第6 d達(dá)到最高，1#反應(yīng)器有著60 mV的最大電壓，2#反應(yīng)器最大電壓為74.5 mV。到第7 d，電壓降低，并保持穩(wěn)定，這是由于底泥接種后，微生物一直在適應(yīng)，適應(yīng)完畢后逐步穩(wěn)定，使得電壓輸出也處于穩(wěn)定。第7～43 d，系統(tǒng)處于穩(wěn)定階段，此時(shí)陽(yáng)極附近的微生物活性強(qiáng)，且能被利用的碳源充足，反應(yīng)速率穩(wěn)定，因此電壓波動(dòng)較小，但有機(jī)物隨時(shí)間逐漸消耗，電壓呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，最終降至45 mV以下，此刻陽(yáng)極周?chē)练e物中碳源基本被消耗殆盡[21]，P-SMFC運(yùn)行周期結(jié)束。

圖3 SMFC體系輸出電壓變化

2.1.3 P-SMFC系統(tǒng)電流密度、功率密度變化

根據(jù)圖4、圖5能夠發(fā)現(xiàn)，第6 d時(shí)功率密度、電流密度最高，1#反應(yīng)器電流密度、功率密度最高分別為42.40 mA/m2、2.54 mW/m2；2#反應(yīng)器電流密度、功率密度最高分別為52.65 mA/m2、3.92 mW/m2；功率密度與電流密度有著相同的變化趨勢(shì)，1#SMFC系統(tǒng)內(nèi)無(wú)植物，功率密度、電流密度均低于2#P-SMFC系統(tǒng)。具體原因?yàn)椋褐参锔靠煞置诔鲇袡C(jī)化合物，以供植物進(jìn)行有效的光合作用，主要成分為有機(jī)酸和糖類(lèi)，而分泌出的有機(jī)物能迅速被產(chǎn)電微生物所利用，植物的加入能源源不斷的向產(chǎn)電微生物提供有機(jī)物，因此對(duì)產(chǎn)電過(guò)程有顯著的促進(jìn)效果[22-24]。2#試驗(yàn)組中植物根系的作用使得在產(chǎn)電過(guò)程中能源源不斷的向體系中補(bǔ)充碳源，因此2#試驗(yàn)組電壓及功率密度、電流密度高于1#試驗(yàn)組。

圖4 電流密度變化

圖5 功率密度變化

2.2 P-SMFC系統(tǒng)C、P去除效能研究

2.2.1 磷歸趨研究

1)上覆水TP去除效能

根據(jù)圖6、圖7能夠發(fā)現(xiàn)，在前10 d，TP濃度一直上升，兩組P-SMFC系統(tǒng)TP濃度增長(zhǎng)到0.243 mg/L與0.263 mg/L，具體原因?yàn)椋涸囼?yàn)開(kāi)始時(shí)，P-SMFC系統(tǒng)穩(wěn)定性較弱，微生物處于適應(yīng)期，上覆水和沉積物中的磷元素濃度有所差異，根據(jù)擴(kuò)散原理[25]，磷從沉積物擴(kuò)散向上覆水，上覆水TP濃度提升。10 d后，上覆水TP濃度減小趨勢(shì)顯著，20 d后，TP濃度減小趨勢(shì)放慢。2組SMFC系統(tǒng)中上覆水TP的去除率分別達(dá)到42.5%、76.5%。

圖6 總磷含量變化

圖7 總磷去除率

2)P-SMFC系統(tǒng)沉積物中全磷去除效能

圖8為兩試驗(yàn)組沉積物中全磷含量的變化。根據(jù)圖8、圖9能夠發(fā)現(xiàn)，兩P-SMFC系統(tǒng)有著相同的變化趨勢(shì)。從0～10 d，1.2 g/kg的沉積物全磷含量減小到了0.874、0.936 g/kg，全磷含量減少的原因?yàn)椋阂罁?jù)擴(kuò)散原理[25]，磷從沉積物釋放向上覆水，全磷含量下降。在第22 d，全磷含量提高到了1.013、1.053 g/kg，全磷含量升高的原因是P-SMFC系統(tǒng)電壓穩(wěn)定時(shí)，沉積物中磷元素由于沉淀作用累積與沉積物中，抑制其向上覆水釋放[26]。此后全磷含量一直減少，然而1#SMFC系統(tǒng)減少量相較于2#系統(tǒng)明顯要低的主要原因是，2#系統(tǒng)中黑藻吸收利用磷，使得系統(tǒng)去除磷的過(guò)程被極大推動(dòng)[27]。

圖8 全磷含量變化

圖9 全磷去除率

3)P-SMFC系統(tǒng)沉積物有機(jī)磷去除效能

圖10展示了沉積物有機(jī)磷含量變化情況。根據(jù)圖10、圖11能夠發(fā)現(xiàn)，兩試驗(yàn)組有著基本相同的磷含量減少趨勢(shì)，表明兩實(shí)驗(yàn)組去除有機(jī)磷效果均佳。兩試驗(yàn)組有機(jī)磷初始含量0.846 mg/L，分別減少為0.175、0.147 mg/L，去除率分別是79.31%、82.62%?？梢钥吹?，P-SMFC系統(tǒng)有著優(yōu)異的去除有機(jī)磷的能力。1#SMFC系統(tǒng)去除有機(jī)磷能力相較于2# P-SMFC系統(tǒng)更低，但二者之差只有3.31%，差距并不大，說(shuō)明對(duì)于有機(jī)磷的去除主要貢獻(xiàn)者是電極，而栽種的植物對(duì)于有機(jī)磷去除效率的提高十分有限。

圖10 有機(jī)磷含量變化

圖11 有機(jī)磷去除率

2.2.2 P-SMFC系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)去除率

沉積物里微生物很多，它們會(huì)進(jìn)行水解、還原與氧化作用，不斷分解有機(jī)質(zhì)，或是在胞外酶的作用下降解，或是在胞內(nèi)酶的作用下分解。對(duì)于兩P-SMFC系統(tǒng)沉積物而言，不僅微生物會(huì)降解有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)釋放向上覆水，有機(jī)質(zhì)降解還會(huì)受到電極的推動(dòng)作用[28]；對(duì)于添加植物黑藻的2#P-SMFC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)顯示植物能在一定程度上促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解。

表3展示了有機(jī)質(zhì)含量的變化情況，圖12展示了有機(jī)質(zhì)最終去除率情況。根據(jù)表4能夠發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，兩試驗(yàn)組沉積物有機(jī)質(zhì)含量都呈現(xiàn)出明顯減少的態(tài)勢(shì)，顯示出P-SMFC系統(tǒng)有著優(yōu)越的去除有機(jī)質(zhì)作用。2#P-SMFC系統(tǒng)的去除率高于1# SMFC系統(tǒng)的去除率，顯示出引入植物會(huì)推動(dòng)有機(jī)質(zhì)降解。在43 d內(nèi)有機(jī)質(zhì)去除率分別為77.78%，82.89%；差值只有5.11%，顯示出對(duì)于P-SMFC體系而言，有機(jī)質(zhì)去除基本是通過(guò)微生物、電極完成的，植物提高有機(jī)質(zhì)去除的能力有限。

圖12 有機(jī)質(zhì)去除率

表3 有機(jī)質(zhì)含量變化

2.3 P-SMFC磷元素形態(tài)變化特征

2.3.1 各種磷含量變化過(guò)程

1)鐵磷含量變化

圖13為兩組試驗(yàn)中鐵磷含量隨時(shí)間的變化。前22 d內(nèi)，試驗(yàn)組沉積物中的鐵磷含量從0.129 g/kg上升到0.212、0.252 g/kg，原因?yàn)椋悍磻?yīng)過(guò)程中，系統(tǒng)陽(yáng)極被氧化，形成Fe3+,其后形成的鐵氧化物或氫氧化物與系統(tǒng)中的磷發(fā)生共沉淀作用，使鐵磷含量增加[29]。第22～37 d，兩組鐵磷含量分別從0.212 g/kg降至0.187 g/kg，從0.252 g/kg降至0.214 g/kg，是由于植物及微生物均能分解部分鐵磷；鐵磷含量始終低于 2#系統(tǒng)，是由于2#反應(yīng)器中，植物根系會(huì)對(duì)礦化有機(jī)磷產(chǎn)生推動(dòng)作用[28]， 生成更多可與鐵氧化物等發(fā)生共沉淀的磷，造成2#鐵磷含量始終高于1#的情況。到第43 d，兩試驗(yàn)組鐵磷含量分別為0.191、0.165 g/kg，原因是2#試驗(yàn)組中生成的鐵磷被微生物所利用，造成了鐵磷含量最終低于1#試驗(yàn)組的結(jié)果。

圖13 Fe-P含量變化

2)鋁磷含量變化

從圖14可知，1#、2#試驗(yàn)組第0～5 d，鋁磷含量分別從0.021 g/kg升至0.093、0.102 g/kg，此結(jié)果是反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，鋁氧化物與氫氧化物對(duì)磷元素的吸附作用明顯所致。第10～15 d，鋁磷含量分別從0.093、0.102 g/kg升至0.100、0.106 g/kg，原因?yàn)椋弘S著反應(yīng)進(jìn)行，未被吸附的磷逐漸減少，且有機(jī)質(zhì)分解形成有機(jī)膠體-腐殖質(zhì)形成膠膜阻隔了其與磷的接觸[30-31]。第15～43 d，鋁磷含量分別從0.100、0.106 g/kg緩緩下降到0.070、0.075 g/kg，表明鋁磷正被微生物、植物等利用。

圖14 Al-P含量變化

3)鈣磷含量變化

圖15 Ca-P含量變化

由圖15可知，對(duì)于P-SMFC系統(tǒng)，0～10 d內(nèi)系統(tǒng)中的鈣磷含量從0.11 g/kg分別變?yōu)?.109、0.12 g/kg，幾乎沒(méi)有改變,這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是，反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，鈣化合物吸附效果對(duì)磷的吸附作用并未像氧化物或氫氧化物那般強(qiáng)烈。第10～15 d，系統(tǒng)內(nèi)鈣磷含量顯著上升，分別從0.109、0.12 g/kg升至0.13、0.169 g/kg，原因?yàn)椋阂恍﹦?dòng)植物尸體腐爛形成鈣磷，累積于沉積物中。第15～36 d內(nèi)，鈣磷含量從0.13、0.169 g/kg先略有降低后上升至0.168、0.177 g/kg；此結(jié)果的出現(xiàn)是由于反應(yīng)前期植物根系或微生物的作用，部分鈣磷被分解所致，然而反應(yīng)逐步深入，P-SMFC系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)植物腐敗程度加劇，使得鈣磷含量明顯升高。第36～43 d，因?yàn)槲⑸锱c植物的分解，系統(tǒng)鈣磷含量從0.168、0.177 g/kg降至0.143、0.164 g/kg，表明此時(shí)動(dòng)植物基本已腐敗完全，微生物及植物對(duì)鈣磷的分解作用占主導(dǎo)。2#P-SMFC系統(tǒng)內(nèi)的鈣磷含量始終高于1#的原因是植物的存在促進(jìn)了有機(jī)磷的礦化。

2.3.2 P-SMFC系統(tǒng)中磷形態(tài)變化

由圖16、圖17可看出，第0～5 d內(nèi)，1#、2#總磷含量呈略微降低態(tài)勢(shì)，有機(jī)磷降低明顯，原因?yàn)椋捍藭r(shí)微生物處于適應(yīng)期，微生物在增殖過(guò)程中將沉積物中的有機(jī)磷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)磷。而無(wú)機(jī)磷部分為可溶性磷，因此1#試驗(yàn)組，可溶性磷含量上升，2#試驗(yàn)組由于植物根系的作用，可溶性磷被植物吸收利用，因此可溶性磷含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。兩組實(shí)驗(yàn)中鐵磷含量均顯著提升，原因?yàn)椋悍磻?yīng)過(guò)程中，系統(tǒng)陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，形成的鐵氧化物或氫氧化物與沉積物中的磷結(jié)合，發(fā)生共沉淀作用。兩組試驗(yàn)鋁磷含量上升的原因是反應(yīng)初始時(shí)氫氧化物或鋁氧化物吸附磷的作用較為強(qiáng)烈。而兩組試驗(yàn)中鈣磷含量則變化不大，則表明鈣化合物(碳酸鈣)吸附磷的作用較弱，因此鈣磷含量變化不大。

圖16 磷形態(tài)變化(1#)

圖17 磷形態(tài)變化(2#)

第5～22 d，兩組試驗(yàn)中總磷含量均持續(xù)下降，原因是系統(tǒng)中微生物利用有機(jī)磷程度大大超過(guò)了氧化還原反應(yīng)及鐵氧化物、鈣氧化物吸附沉積物中磷的能力，1#試驗(yàn)組可溶性磷雖有上升，但更多地有機(jī)磷被微生物利用儲(chǔ)存在微生物體內(nèi)，2#試驗(yàn)組更是引入了植物，有機(jī)磷轉(zhuǎn)化的可溶性無(wú)機(jī)磷被植物所利用，促進(jìn)其生長(zhǎng)，因此造成兩試驗(yàn)組的總磷含量均減少的結(jié)果。

第22～43 d，兩試驗(yàn)組總磷含量也均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且有植物的2#試驗(yàn)組降低更為明顯，兩試驗(yàn)組中有機(jī)磷含量顯著降低，表明此時(shí)微生物的作用很強(qiáng)烈，1#試驗(yàn)組中可溶性磷含量持續(xù)升高，而2#可溶性磷含量卻是先升高后降低，表明試驗(yàn)后期植物對(duì)于磷的需求已經(jīng)飽和，不能繼續(xù)吸收磷元素。兩試驗(yàn)組中鈣磷含量均經(jīng)歷先上升后下降過(guò)程，原因?yàn)椋簞?dòng)植物的腐敗過(guò)程導(dǎo)致了鈣磷含量的升高，而之后微生物再次增殖，微生物、植物等對(duì)部分鈣磷有吸收作用，因此鈣磷含量降低。1#試驗(yàn)組中鐵磷含量先下降后上升，而2#試驗(yàn)組中栽種了植物，鐵磷含量由于植物的根系作用始終呈下降趨勢(shì)。對(duì)于鋁磷而言，1#試驗(yàn)組持續(xù)降低，而2#試驗(yàn)組則先上升后降低，這是由于2#試驗(yàn)組中，栽種了植物，鐵磷被植物根系所吸收，剩余磷與鋁氧化物及氫氧化物相結(jié)合，導(dǎo)致其鋁磷含量升高；后鋁磷又被植物根系所吸收，含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 結(jié) 論

1)構(gòu)建的SMFC系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)240 h，啟動(dòng)電壓68.5 mV。

2)兩試驗(yàn)組分別可達(dá)42.40、52.56 mA/m2的最大電流密度。電流密度和功率密度有著相同的變化趨勢(shì)。兩SMFC系統(tǒng)分別可達(dá)2.54、3.92 mW/m2的最大功率密度。和無(wú)植物SMFC系統(tǒng)相比，有植物P-SMFC系統(tǒng)有著更高的功率密度與電流密度，顯示出P-SMFC系統(tǒng)產(chǎn)電過(guò)程可得到來(lái)自植物顯著的促進(jìn)效果。

3)無(wú)植物SMFC系統(tǒng)與有植物P-SMFC系統(tǒng)上覆水中總磷去除率為42.5%、76.5%，表明栽種植物能大大提高上覆水中磷的去除效率。

4)在系統(tǒng)運(yùn)行43 d里，兩試驗(yàn)組分別可得到77.78%、82.89%的有機(jī)質(zhì)去除率，數(shù)據(jù)相差較小，顯示出對(duì)于P-SMFC體系有機(jī)質(zhì)的去除來(lái)說(shuō)，電極扮演了最為重要的角色，同時(shí)引入植物所產(chǎn)生的影響是較為有限的。

5)P-SMFC系統(tǒng)磷形態(tài)轉(zhuǎn)化與是否栽種植物關(guān)系密切，原因?yàn)橛袡C(jī)磷的礦化過(guò)程受到植物的推動(dòng) ，無(wú)植物SMFC系統(tǒng)鈣磷、鋁磷、鐵磷含量均低于有植物P-SMFC系統(tǒng)。