微生物燃料电池强化多氯酚共代谢降解研究

共代谢是多氯酚在环境中消亡的重要途径，采用有效方法强化其速度是当前的研究方向。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)能刺激微生物、强化底物降解，但对多种有机物并存的共代谢体系鲜有报道。基于多氯酚污染现实与共代谢研究现状，结合MFC研究进展，本项目提出MFC强化多氯酚共代谢降解研究。内容包括：分别在MFC阳极和生物阴极中，考察多氯酚共代谢降解，评价关键因素影响；基于系统电子汇分析，明晰共代谢底物、多氯酚、微生物间关系，阐明MFC强化多氯酚共代谢降解的底物作用机制；通过系统菌群组成变化，探讨MFC强化多氯酚共代谢降解的微生物作用机制；在定量描述多氯酚降解产物变化基础上，总结MFC多氯酚共代谢降解途径。本研究工作的开展将提出强化多氯酚共代谢降解新方法，丰富和发展多氯酚污染环境原位修复理论，同时能拓展MFC应用领域和使用范围，完善其基础理论，具有重要理论和现实意义。

针对环境中多氯酚的共代谢消亡过程，结合微生物燃料电池(MFC)的电刺激作用，分别考察生物阳极MFCs和生物阴极MFCs强化多氯酚降解/矿化的过程和途径。通过设计不同构型反应器(H-型双室生物阳极MFCs、桶式双室生物阴极MFCs、单室空气阴极MFCs)、选择不同类型共代谢底物(乙酸钠、葡萄糖)、采用不同菌群驯化方式(施加恒电位、多氯酚与菌源先后加入、多氯酚与菌源同时加入)、通过多氯酚降解中产物定向驯化与出发底物刺激的多种方式，得到特定电化学活性微生物菌群，实现多氯酚的高效降解与矿化。通过考察多氯酚降解速率、降解中产物与降解途径、系统总有机碳、生物量、电能输出与库仑效率，剖析MFCs高效降解/矿化多氯酚的过程机制；基于反应器不同程度兼性厌氧环境的调控、关键影响因素(如多氯酚浓度、共代谢底物浓度、温度、pH、外加介体等)的考察，提出多氯酚的MFCs快速降解/矿化策略；通过系统“电子汇”分析、电极电化学性能分析、电极形貌表征与菌群组成变化，明晰共代谢底物、多氯酚、微生物间关系，揭示MFCs降解/矿化多氯酚的共代谢底物作用和电化学活性微生物作用机制。该研究为MFCs的多氯酚污染环境修复与污染控制提供理论基础与保证，同时也拓展了MFC的应用领域和使用范围。