微电场激发下多氯联苯的厌氧还原脱氯研究

多氯联苯（PCBs）具有免疫毒性、神经和发育毒性以及致癌性。厌氧还原是微生物降解PCBs的重要一环，但是土著微生物对PCBs的降解速度慢、效率低。本项目从微生物电化学角度出发，提出了利用微电场促进PCBs的厌氧还原脱氯的概念。主要研究内容包括: 通过外加微电压选择性培养高效还原脱氯菌并揭示其菌群结构；解析污染物降解与菌体之间的内在关系，包括电极-微生物-污染物三者之间的电子传递机制以及PCBs的厌氧还原脱氯途径；分析微生物电解池-微生物燃料电池体系中PCBs的降解热力学和动力学可调控因子以及电子与电子供体的利用效率；考察菌在连续流反应器规模中的脱氯还原能力。本项目旨在为微生物厌氧还原脱氯提供新的路径，为设计和构建应用于大规模废水处理、土壤进化以及生态恢复的电化学强化的微生物厌氧反应器提供科学理论根据。

土著微生物对多氯联苯（PCBs）的降解速度慢、效率低，本项目提出利用微电场促进PCBs厌氧还原的概念，该方法具备高效、低成本、能够原位修复污染场地等优点。主要研究内容包括：构建电化学强化的微生物反应器，并在此平台上考察影响电子转移速度及电子利用效率的关键因素；解析电极材料表面性质、电子转移机制与污染物去除之间的对应关系；阐明促进PCBs厌氧转化的脱氯菌结构、功能及其与各外部条件的内在联系；分析PCBs在厌氧还原脱氯菌作用下的降解路径及影响因素。研究结果明确了具备电容性特征的电极材料是提高生物电子传递的关键因素，对设计和改性微生物电化学反应器功能性电极材料提供参考。以PCB61为模型污染物，发现了产电菌的存在可以激发PCB脱氯菌的生长，二者通过互营共生关系使得菌属对PCB61厌氧转化维持高活性，使得PCB61在+0.2 V（vs.SCE）刺激下110天内转化率相比于对照组提高2.5倍。证实了系统中有机碳源的存在有利于施加负电位情况下（如-0.5 V vs.SCE）脱氯菌的生长和繁殖，从而促进PCB61向低氯形态转化。通过降解中间产物的鉴定，揭示了不同的外部条件（如施加电位大小、是否添加外部有机碳源、底泥性质等）作用下PCB61降解途径存在不同。基础研究成果可为微生物厌氧还原脱氯提供新的路径，为设计和构建应用于PCBs污染场地修复的电化学强化微生物厌氧反应器提供科学理论根据。