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微生物电化学技术去除水体中抗生素的研究进展

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土木与环境工程学报（中英文） 2021年第6期43卷 113-123页

作者：周乐安蒋倩孙士权张伟高阳王鑫长沙理工大学水利工程学院湖南省环境保护河湖疏浚污染控制工程技术中心长沙410114 南开大学环境科学与工程学院天津300350

抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上... 详细信息

抗生素在各个行业中的广泛使用及其难降解性导致其富集进入水体而危害人类健康,越来越多的研究聚焦于水体中抗生素的去除。微生物电化学系统(BES)结合有机质生物降解和电信号刺激有效加速了废水中各类抗生素的去除。在现有文献的基础上,综述了BES对于各类抗生素去除的性能,阐述了BES系统在降解抗生素时,电极表面的电活性微生物组成、抗生素的微生物电化学代谢途径,总结了抗生素在BES系统中去除的影响因素,分析了各类传统废水处理技术与BES耦合技术对于抗生素的去除效率,并对BES在抗生素去除中的优缺点进行了总结。

关键词：抗生素微生物电化学系统电活性微生物废水处理资源回收

基于多Agent仿真解析处理剩余污泥的微生物电解池种群互作关系

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微生物学通报 2019年第8期46卷 1886-1895页

作者：梁庆李华华邢德峰哈尔滨工业大学环境学院黑龙江哈尔滨150090 城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

【背景】微生物电化学系统耦合了电化学反应和厌氧消化过程,在处理剩余污泥同时实现能源回收,成为具有应用前景的技术之一。揭示电活性生物膜和活性污泥种群互作机制,有助于进一步调控和强化系统性能。高通量核酸测序技术研究微生物群... 详细信息

【背景】微生物电化学系统耦合了电化学反应和厌氧消化过程,在处理剩余污泥同时实现能源回收,成为具有应用前景的技术之一。揭示电活性生物膜和活性污泥种群互作机制,有助于进一步调控和强化系统性能。高通量核酸测序技术研究微生物群落具有投入大、耗时长和不可预测的缺点,开展微生物群落动态仿真可以更有效地预测群落结构与功能。【目的】研究厌氧消化和生物电化学系统的微生物种间热力学与动力学的演化规律。在考虑电子供体、电子受体、温度、pH值等生态条件下,分析底物的电子流向及微生物群落结构的动态变化。【方法】通过对剩余污泥处理的微生物电解池(Microbial electrolytic cell,MEC)建立一个多Agent仿真(Multi-agent-based simulation,MAS)模型,评估MEC对底物氧化电子转移的能量效率和传质效率,模拟微生物群落结构实时变化,同时耦合动力学和热力学分析;揭示影响MES运行的电子流向决定性因素及相应的微生物种群,为复杂污染物生物处理系统中种间互作和动力学研究提供基础依据。【结果】通过MAS模拟,确定MEC污泥处理工艺的最佳能量传递效率与传质效率为η=0.2,ε=0.5,MAS结合热力学与动力学参数模拟微生物的群落动态与实验组有较高的吻合性。在长期的运行中,微生物电化学系统中丙酮酸没有积累。【结论】证实了MAS结合热力学与动力学参数可以预测微生物的群落动态,并进行实时监测。研究表明多Agent仿真为微生物群落结构动态变化提供了一种新的研究方法,该方法与高通量核酸测序技术进行校验和联用,为人工和自然生态系统中微生物种群预测与评估研究提供一个新的手段。

关键词：多Agent仿真热力学动力学微生物电化学系统剩余污泥

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微生物电极界面过程与计量学研究现状

环境化学 2024年

作者：刘俊希岳学海谭浩刘冰洁刘鸿殷逢俊中国科学院重庆绿色智能技术研究院中国科学院大学重庆学院

微生物电极是一个从胞内代谢到电极表面的复杂过程，其本质是电活性微生物与电极之间的物质、能量和电子传输，目前针对这三者关系的研究较匮乏，没有揭示微生物、基质、电量之间转化的计量学关系，厘清微生物电极过程计量学关系对微生... 详细信息

微生物电极是一个从胞内代谢到电极表面的复杂过程，其本质是电活性微生物与电极之间的物质、能量和电子传输，目前针对这三者关系的研究较匮乏，没有揭示微生物、基质、电量之间转化的计量学关系，厘清微生物电极过程计量学关系对微生物电化学的理论研究和技术应用有重要意义.本文综述了胞内代谢、跨膜运输、胞外电子传递和溶液界面传质等微生物电极界面过程的研究现状，介绍了微生物电极界面过程的表征与分析方法，分析了微生物电极计量学基本概念与关系，论述了库伦效率在计量学关系研究中的价值及面临的问题，最后展望了微生物电极计量学关系的应用价值及未来研究方向.

关键词：微生物电化学系统电活性微生物界面过程电子质子计量学

MES-AnMBR耦合工艺处理模拟偶氮染料废水及膜污染特性研究

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化工环保 2023年第5期43卷 606-612页

作者：郧若麟曲立威羌金凤张翀李先宁东南大学能源与环境学院江苏南京210000 中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院江苏南京210000

采用微生物电化学系统(MES)-厌氧膜生物反应器(AnMBR)耦合工艺处理模拟偶氮染料废水,考察了该工艺的产电情况、对偶氮染料刚果红(CR)的脱色率和膜污染特性。结果表明,外阻为50Ω时,反应器阳极的电化学活性最高,平均输出电流、最大功率... 详细信息

采用微生物电化学系统(MES)-厌氧膜生物反应器(AnMBR)耦合工艺处理模拟偶氮染料废水,考察了该工艺的产电情况、对偶氮染料刚果红(CR)的脱色率和膜污染特性。结果表明,外阻为50Ω时,反应器阳极的电化学活性最高,平均输出电流、最大功率密度和电流密度分别为(0.43±0.03)mA、78.98 mW/m^(2)和644.63 mA/m^(2);50Ω、400Ω和1000Ω3组反应器的平均COD去除率在81.44%~85.20%,平均脱色率分别为(89.50±3.14)%、(85.00±3.15)%和(82.00±2.87)%;与对照组相比,50Ω、400Ω和1000Ω3组反应器将膜堵塞的时间从16 d分别延长至39 d、35 d和24 d。反应器产生的电流能够促进泥饼层中溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物中蛋白质和多糖的降解,随着输出电流的增加,SMP和松散型胞外聚合物含量逐渐降低。

关键词：厌氧膜生物反应器微生物电化学系统偶氮染料废水膜污染

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草甘膦农业废水的生物电活性处理效果及机理研究

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草甘膦农业废水的生物电活性处理效果及机理研究

作者：赵政山东师范大学

学位级别：硕士

除草剂是现代农业社会中广泛使用的农药种类,在确保作物产量质量方面发挥关键作用,其中草甘膦(Glyphosate,N-膦酰甲基甘氨酸,PMG)是目前应用最广泛的广谱除草剂之一,也是大多数除草剂中的活性成分。草甘膦常在水环境中被检测到,其特异... 详细信息

除草剂是现代农业社会中广泛使用的农药种类,在确保作物产量质量方面发挥关键作用,其中草甘膦(Glyphosate,N-膦酰甲基甘氨酸,PMG)是目前应用最广泛的广谱除草剂之一,也是大多数除草剂中的活性成分。草甘膦常在水环境中被检测到,其特异性作用毒性影响植物生长发育,对动物、微生物和人类造成不利影响,所带来的碳、氮、磷负荷对环境造成污染压力。微生物电化学系统(Microbial Electrochemical System,MES)是同步实现污水处理和能源回收的新技术,在微生物的催化下能够将有机物中的化学能转化为电能,实现污水净化和能源转化。本研究在人工湿地型微生物燃料电池(Constructed Wetland-Microbial Fuel Cell,CW-MFC)基础上利用刚毛藻(Cladophora)代替湿地植物作为生物阴极,构建微生物电化学系统,探究了微生物电化学系统在不同草甘膦浓度下的产电性能,以及COD(Chemical Oxygen Demand,COD)、总氮(Total nitrogen,TN)、氨氮(Ammonia nitrogen,NH)、总磷(Total phosphorus,TP)和草甘膦的去除效能,并考察了刚毛藻对系统产电与处理效能的影响,同时运用测序生物学方法探究系统内部微生物群落变化,初步分析了各过程的相关机理。主要结论如下:(1)微生物电化学系统能够在不同浓度的草甘膦胁迫下稳定运行,在进水草甘膦浓度为50 mg/L时,草甘膦的消减量达到饱和,草甘膦的胁迫促进了微生物对于碳、氮、磷的利用。刚毛藻能够提高反应器中污染物的去除效率,但其促进作用随草甘膦浓度的增加被降低,在进水草甘膦浓度≥50 mg/L,菌藻协同体系的污染物代谢表现低于无藻组。(2)一定范围内的草甘膦浓度升高能够提高生物产电所需的有机物负载,减小系统内阻促进产电,两组均在草甘膦浓度为50 mg/L时获得最佳的产电,而刚毛藻能够增加阴极溶解氧量,显著促进系统产电。当草甘膦所占COD比例超过45%时,草甘膦胁迫使得微生物不能有效利用草甘膦产生电子和质子,系统产电效能出现降低。(3)微生物测序结果显示短期内草甘膦对微生物群落结构没有显著影响,但不利于优势菌群的生长,系统在不同草甘膦浓度作用下微生物最优势菌门均为Bacteroidetes和Proteobacteria,优势属为Bacteroidetes＿vadin HA17和Geobacter。而刚毛藻的存在有利于优势菌群的生长,相关性分析显示刚毛藻组中优势微生物与污染物去除效能的相关性更高。低浓度草甘膦胁迫能够刺激微生物代谢过程的进行,通过增强碳水化合物、氨基酸、能量的代谢,以及次级代谢产物的合成和代谢来抵御胁迫;高浓度草甘膦胁迫下微生物群落向紊乱的方向发展,长时间的草甘膦作用可能会破坏环境中的微生物群落结构。(4)微生物电化学系统在保证系统稳定的前提下能够减小抗性基因的污染风险。抗性基因epsps在不同草甘膦浓度下表达稳定,无藻组中随浓度升高轻微上调,菌藻协同体系中出现下降;基因phn J的表达量在无藻组中随着草甘膦浓度的升高而上调,而菌藻协同体系中表达量出现下调。刚毛藻的存在加速了低浓度草甘膦胁迫下微生物群落的对于草甘膦的适应,减少了在高浓度草甘膦胁迫下不利发展的趋势,有利于微生物电化学系统抵御胁迫,维持微生物群落稳定。(5)刚毛藻可以吸收有机和无机N和P以维持其正常生长代谢,并扩大阴极氧浓度,同时可以对微生物信号传递过程造成影响,增强系统污染物去除和产电效能。但草甘膦对于刚毛藻的生长有负面影响,刚毛藻对系统的总体贡献随草甘膦浓度的增加逐渐降低。

关键词：微生物电化学系统草甘膦模拟农业废水刚毛藻抗性基因

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电化学驱动运动发酵单胞菌高效生产代谢物

电化学驱动运动发酵单胞菌高效生产代谢物

作者：张家威上海交通大学

学位级别：硕士

微生物电化学系统探究微生物与电极的相互作用,主要研究微生物与电极间电子运输机制、微生物得失电子的代谢状态等。此前本团队发现底盘微生物运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)能够向胞外转运电子并产生电流,证明该细菌具有电活性。... 详细信息

微生物电化学系统探究微生物与电极的相互作用,主要研究微生物与电极间电子运输机制、微生物得失电子的代谢状态等。此前本团队发现底盘微生物运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)能够向胞外转运电子并产生电流,证明该细菌具有电活性。本研究为了探究运动发酵单胞菌用电的能力,即利用外部电能进行代谢物生产,使用H型电化学发酵装置,在阴阳极双腔考察微生物的电化学发酵表现。通过发酵条件的优化,确定了3 V恒压电源和100 g/L葡萄糖底物可以使通电与不通电的发酵代谢物生产出现最大差异:阳极腔甘油产量上升24%;阴极腔葡萄糖消耗上升16%,产物乙醇、琥珀酸的产量也分别提高了13%、8%。进一步检测胞内氧化还原平衡变化,发现阳极腔和阴极腔中细菌胞内的NADPH/NADP比值改变分别为-11.7%、+62.5%、NADH/NAD比值改变分别为+6.1%、+27.7%、总抗氧化能力改变分别为-20%、-7.6%、细胞膜通透性改变分别为-42.2%、+7.1%。通过胞外电子载体添加和细胞膜通透性改变调控细胞的电活性状态,发现核黄素、硫堇、吐温-80的促进效果最好。结合基因转录水平的变化,探究了电化学调控改变代谢流的机理。总结得出,阳极组的高氧化还原电位对细胞造成氧化胁迫,使细胞膜通透性下降,胞内物质转运与主代谢通路受阻,代谢流向支路产物甘油,促使甘油产量上升;阴极组在低氧化还原电位下,胞内还原力充足,葡萄糖代谢相关基因转录上调,使得底物葡萄糖转运、主产物乙醇合成、副产物琥珀酸合成都有较为明显的提升。此外,根据转录组数据挑选了16个电活性相关基因进行过表达或敲除验证其功能,发现编码超氧化物歧化酶的ZMO1060、编码蛋白参与铁硫簇合成的ZMO1819、ZMO2028和编码蛋白参与鞭毛合成的ZMO0614等基因的过表达能增强运动发酵单胞菌的电活性和发酵性能。该研究证明了电化学调控促进运动发酵单胞菌高效生产代谢物的可能性,并揭示了其机理,为其他微生物电化学调控提供了较好的参考。

关键词：运动发酵单胞菌微生物电化学系统代谢流氧化还原乙醇电子传递

Cu2+对电活性生物膜葡萄糖发酵途径及膜微生物种群多样性的影响研究

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Cu2+对电活性生物膜葡萄糖发酵途径及膜微生物种群多样性的影响研...

作者：徐艳高广东工业大学

学位级别：硕士

微生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)作为一种新兴的生物降解污染物技术,得益于其良好的污染物降解效果、耐冲击能力及污染物资源化能力而备受学者的关注。电活性生物膜是BES的核心,它发酵氧化有机物,并将一部分产生的电... 详细信息

微生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)作为一种新兴的生物降解污染物技术,得益于其良好的污染物降解效果、耐冲击能力及污染物资源化能力而备受学者的关注。电活性生物膜是BES的核心,它发酵氧化有机物,并将一部分产生的电子通过胞外电子传递方式(Extracellular electron transfer,EET)传递到阳极,是BES降解污染物的基本原理,其性能直接影响系统的能量输出及污染物降解效率。BES被广泛开展应用于实际废水处理的研究,实际中,废水中往往是有机物与有毒有害物质(比如重金属离子)共同存在的,而关于废水中有毒有害物质对电活性生物膜发酵途径的影响的研究却还比较少。本文以市政污水中常见的Cu为代表性重金属,以葡萄糖作为代表性有机物,通过建立双室三电极BES,辅以电化学、化学、微生物学等为主要测试手段研究Cu对电活性生物膜葡萄糖发酵途径及膜微生物种群多样性的影响。主要研究结果如下:在加入含Cu营养液连续运行7个周期(168小时)后,BES的最大电流密度及催化电流相比第一周期时都有所下降。其中,在初始Cu浓度为0.1和1mg/L的BES中,最大电流密度分别下降了20%和27%;当初始Cu浓度为7 mg/L时,最大电流密度下降比例为52%。特别地,随着Cu浓度的增加,单周期BES内到达最大电流密度的时间也随之增加,这可能是由Cu的毒性抑制生物膜中产电菌(Electroactive bacteria,EAB)的活性造成的。分析葡萄糖厌氧发酵过程发现,混合型和乙酸型是阳极中葡萄糖主要存在的两种发酵类型,并且以乙酸型为主。Cu的加入改变了葡萄糖发酵类型,使之朝着产生更多乙酸的乙酸型发酵转变,并且Cu也对乙酸营养型产电这一途径产生了抑制作用。有趣的是,阳极中的甲烷化途径主要为氢营养型,当加入的初始Cu浓度小于1 mg/L时,BES中甲烷的产量不断地增加,这可能是由于发酵液中,甲烷化所需的底物(乙酸或者氢气)增加的缘故。当加入的Cu为7 mg/L时,甲烷的浓度相比1 mg/L时有所下降,这或许是因为7 mg/L Cu开始抑制产甲烷菌的活性。种群分析结果显示,随着加入阳极中Cu浓度的增加,生物膜中主要的EAB(Geobacter)的丰度由43%下降至9%;而一些发酵产乙酸的种群unclassified＿o＿＿Rhizobiales、Klebsiella和norank＿f＿＿norank＿o＿＿Bacteroidales的相对丰度则不断地上升,这是造成电活性生物膜电活性下降及葡萄糖发酵类型改变的主要原因。BES中优势的产甲烷菌是Methaospirillum,是一种严格氢营养型产甲烷菌,它们的相对丰度直到加入的Cu浓度达到7 mg/L时才有所下降,与甲烷浓度的变化相对应。这些结果表明,在电活性生物膜中,不同菌群耐受Cu毒性的能力为:发酵菌>产甲烷菌>EAB。多样性分析结果显示,Cu的加入不仅会增加电活性生物膜的丰度及生物多样性,并且还会微生物的种群结构;随着Cu的增加,样本间的差异性也越来越大。

关键词：微生物电化学系统 Cu2+ 电活性生物膜葡萄糖发酵途径种群多样性

新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺处理印染前处理废水的研究

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新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺处理印染前处理废水的研究

作者：杨美庆浙江大学

学位级别：硕士

印染前处理废水具有污染物浓度高、碱性强、生化性差、难降解等特点,面对严峻的环境污染问题和日益严格的排放标准,其处理难度日益增大。本研究针对该问题,将电场引入厌氧与好氧生物处理系统中,构建了新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工... 详细信息

印染前处理废水具有污染物浓度高、碱性强、生化性差、难降解等特点,面对严峻的环境污染问题和日益严格的排放标准,其处理难度日益增大。本研究针对该问题,将电场引入厌氧与好氧生物处理系统中,构建了新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺处理印染前处理废水。本研究通过构建的微生物电化学耦合反应器,以实际印染前处理废水为对象,对比研究了新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺在纯电化学作用、纯微生物作用和微生物与电化学耦合作用三种运行模式下的处理效果。考察外加电压、FHRT、温度和电极大小对该工艺运行效能的影响。探究了外加电压对污泥浓度、污泥絮体粒径分布和微生物群落结构的影响,为新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺的工程应用提供相关技术支持并为印染前处理废水的处理提供新思路。论文采用自制碳刷为电极,反应器经35d后启动成功,经过180多天的稳定运行后得出如下结论:1、反应器以微生物与电化学耦合作用时的处理效果优于纯电化学体系和纯微生物体系。纯电化学作用时仅有3.2%的COD因碳纤维电极的吸附作用而去除。当外加电压为0.6V,进水COD值在5200-5800 mg/L,微生物与电化学耦合作用时的COD、PVA、氨氮的去除率分别为69.13%、20%和68.72%,比微生物单独作用时分别提高20.23%、9.93%和15.8%。微生物电化学系统和纯微生物体系的总磷去除率均在41.8%-48.1%之间,变化不明显。GC-MS测定结果表明,新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺能去除印染前处理废水中大部分的长链脂肪酸、酮类和吲哚类、苯及酚类物质,去除效果优于纯微生物体系。2、新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺中,当进水COD为4800-6780 mg/L,B/C为0.41-0.45,pH为7左右时,在外加电压为0.6V、温度为32℃、阳极室和阴极室的HRT分别为28h和14h的运行条件下反应器运行效能最优。此条件下,COD、PVA去除率分别为69.98%和24.06%,阳极室的产气量为0.6694 m3/m3·d。温度从22℃上升至32℃和42℃时,阳极室的COD去除率由34.98%上升至50.57%和49.84%,产气量由0.2944 m3/m3·d升至0.6694 m3/m3·d和0.6529 m3/m3·d。32℃时阴极室的运行效果最好,22℃、32℃和42℃时的COD去除率分别为28.26%、37.5%、20.11%。当电极尺寸由11cm×3cm减小到8cm×3cm、5cm×3cm时,新型工艺的COD去除效率由69.13%降低至56.52%、51.32%,R2的产气量也从0.6694 m3/m3·d降低至0.4062 m3/m3·d、0.3883 m3/m3·d。3、外加电压促进微生物生长并促使污泥絮体粒径增大。0.6V时阳极室和阴极室内的污泥絮体粒径较未通电时的增大幅度分别为10-30μm和18-52μm。外加电压0.6V时微生物分解有机物仅有少部分用于合成自身细胞,产泥量较少,MLVSS/MLSS值低于其他外加电压下的值。外加电压促进微生物群落的多样性,对不同菌属具有选择性的影响。外加0.6V电压后阳极细菌中新增Smithella;Thermovirga和Mesotoga的丰度上升,Syntrophomonas和Desulfovibrio的丰度降低。外加0.6V电压后阴极细菌中WCHB1-69 norank和Azoarcus的丰度上升,Thauera的丰度降低,Fluviicola菌属未出现在阴极上。阳极室中通电前后古菌以广古菌门为主,在属的水平上,外加0.6V电压后,Methanocorpusculum的比例降低,Methanosarcina和Methanospirillum比例的上升可丰富厌氧产甲烷的途径,进而提高反应器的水处理效果,提高产气量。

关键词：印染前处理废水新型微生物电化学耦合厌氧/好氧工艺微生物电化学系统外加电压微生物群落结构

微电场刺激下多氯联苯厌氧还原脱氯过程的强化研究

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微电场刺激下多氯联苯厌氧还原脱氯过程的强化研究

作者：余辉华南理工大学

学位级别：硕士

多氯联苯(PCBs)是一类典型持久性有机污染物,存在于环境土壤或沉积物中,难被土著微生物降解。利用生物强化加快脱氯速度以用于PCBs污染场地修复受到关注,寻求高效、经济、可控的生物强化方法成为研究热点。本论文旨在探讨微生物-电化学... 详细信息

多氯联苯(PCBs)是一类典型持久性有机污染物,存在于环境土壤或沉积物中,难被土著微生物降解。利用生物强化加快脱氯速度以用于PCBs污染场地修复受到关注,寻求高效、经济、可控的生物强化方法成为研究热点。本论文旨在探讨微生物-电化学耦合强化PCBs厌氧脱氯,重点关注:(i)微电场刺激下PCBs加速厌氧还原的可能性及其转化动力学;(ii)微生物电化学环境中菌群结构的变化与PCBs转化的对应关系;以及(iii)添加有机电子供体/碳源物质及表面活性剂对微生物电化学系统中PCBs转化的影响规律。首先我们构建了微生物电化学-阳极体系,在施加+0.2 V(***)的正电位刺激下,阳极中电化学活性微生物可以利用底泥(取自广东清远某电子垃圾拆解区的河沟)中的有机质进行快速增殖,这类菌属的大量存在可协同促进相关脱氯菌属的生长代谢,进而提升PCBs的还原脱氯效果。以2,3,4,5-CB(PCB61)为模型污染物,结果表明,58%的PCB61在110天的阳极刺激下实现了还原转化,远高于不施加电位对照(转化率为24%),证实施加微电场可以加快PCBs厌氧还原脱氯。在生物阳极体系中引入有机电子供体乙酸纳使得PCB61的还原率进一步提高到82%,PCB61的脱氯主要发生在双侧位-对位和间位上,对应的产物分别是2,3,5-CB(PCB23)和2,4,5-CB(PCB29),脱氯过程符合准一级动力学。高通量测序结果表明底泥微生物的结构组成随实验条件的变化表现出显著差异:闭路条件下电化学活性微生物(如Geobacter,Shewanella,Dysgonomonas)的存在可提升脱氯微生物(如Dehalogenimonas,Anaeromyxobacter,Sedimentibacter)的丰度。其次构建了微生物电化学-阴极体系,试图以阴极作为电子供体驯化自养型嗜阴极细菌,驱动PCBs的厌氧还原脱氯。实验结果表明在施加-0.5 V(***)负电位,无机碳酸氢盐作为碳源的条件下,120天后底泥中的PCB61与对照组(接种底泥但不施加恒电位)的结果一样,均未观察到PCB61的还原转化。其主要原因我们推测是相关脱卤微生物的生物质含量太低,不足以诱发PCB61的还原脱氯。相反,我们往阴极室加入异养型有机碳源乙酸钠,观察到开、闭路中PCB61的还原转化显著增加,其中开路的还原率为25.4%,闭路体系则高达49.8%。在此基础上,我们分别添加了表面活性TW 80,PCB61的厌氧还原进一步加强,开路及闭路体系中PCB61的还原率分别提升至42.5%和71.7%,这主要是因为TW 80的胶束有效提高了PCBs的溶解度和流动性。四组条件中,检测到的脱氯产物均包括三氯联苯PCB23、PCB29及二氯联苯PCB9。高通量测序结果显示,底泥中的微生物可聚类成三种,即脱氯菌属(如Dehalobacter,Dehalogenimonas,Clostridium,Desulfomonile),协同脱氯菌属(如Syntrophobacter,Desulfovibrio)及发酵产氢、产乙酸、产甲烷菌属(如Syntrophus,Treponema,Anaerolinea),这三类微生物代谢相互关联,共同驱动还原脱氯反应。

关键词：微生物电化学系统生物阳极刺激电子供体表面活性剂脱氯还原高通量测序