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微生物-电极耦合强化底泥中有机污染物的去除研究

柏洋  
【摘要】:河道底泥中传统有机污染物多环芳烃(PAHs)与卤代芳香抗菌剂三氯卡班(TCC)为代表的新兴有机污染物普遍共存,抗菌剂能够抑制土著微生物的代谢活性,进而影响底泥中典型有机污染物的生物降解。为了强化PAHs等持久性有机物的生物降解,通过引入分离获得的TCC降解菌优先脱毒TCC,构建微生物-电极耦合强化修复系统,实现底泥中PAHs与TCC的协同强化去除。同时结合不同体系的产电效能,特征污染物的去除效率以及微生物群落结构及多样性的差异特征,揭示微生物-电极耦合系统强化修复污染底泥的微生物学机制。实验结果表明通过接种TCC降解菌株Ochrobactrum sp.TCC-2,耦合体系中的TCC得到了有效去除,128天的去除效率高达77.2±1.62%,大约是对照组的4.4倍。同时,TCC的有效脱毒促进了底泥中PAHs及上覆水体中TOC和TN的去除。经过128天的处理后,菲等六种PAHs在耦合体系中的去除率与对照相比提高了7-30%。SMFC的产电效能因底泥中TCC的存在受到了抑制,而降解菌株TCC-2的添加使其得到了有效的恢复。反应结束后,三组反应器阳极电势的差异也证明了耦合体系中复合污染底泥的微生物修复效果最为显著。16S rRNA基因Illumina高通量测序结果显示,引入的电极和降解菌对于底泥中土著微生物菌群的组成和结构都造成了一定的影响。Paenarthrobacter和Desulfobulbus等功能菌属相对丰度的变化是导致不同处理条件下底泥中污染物去除效率及产电效能存在一定差异的原因。以Chlorobium为代表的发酵细菌和以Terrisporobacter为代表的产电细菌共存于SMFC体系的阳极区域,完成大分子有机物的代谢过程,并将此过程中获得的电子传递给最终的电子受体,输出电能。TCC降解菌TCC-2虽然在修复过程中逐渐流失,但其通过改变土著微生物群落的结构从而维持了SMFC体系中有机污染物的高效去除。微生物-电极耦合系统对于河道底泥中有机与常规污染物的强化去除效果表明其具有深度净化污染底泥的工程价值。


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