[张贴报告]嵌入式电极的微生物电化学系统原位利用电子同步去除沉积物和上覆水中污染物

嵌入式电极的微生物电化学系统原位利用电子同步去除沉积物和上覆水中污染物
编号：3116 稿件编号：3185 访问权限：私有 更新：2023-04-12 20:32:15 浏览：183次 张贴报告

报告开始：2023年05月06日 08:00 （Asia/Shanghai）

报告时间：0min

所在会议：[SP] 张贴报告专场 » [SP-5-1] 5、环境科学

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摘要
难降解有机污染物通常具有生物毒性，在沉积物和水中很常见。多环芳香烃(PAHs)是具有两个或两个以上苯环的芳香族化合物，具有毒性、致突变性和致癌性。它们可以通过各种方式进入水中，比如大气沉降和降水冲刷等。由于其疏水性，多环芳烃在沉积物中积累。某些地区沉积物中的多环芳烃浓度可达每公斤数百毫克。同时，抗生素在医学和水产养殖中用于治疗细菌感染，从而被排放到地表水中，其不仅能抑制微生物的生长，还能引起微生物的耐药性。本研究通过构建嵌入式活性电极的微生物电化学系统（AE-MES）实现了对沉积物和上覆水中污染物的同步降解。在该系统中，一个活性电极嵌入在阳极和阴极之间的水中。沉积物中PAHs等有机物被降解产生电子，并通过外电路转移到活性电极，部分电子在活性电极上被用于加强水中抗生素的降解，剩余电子通过电路转移到阴极与氧气结合。然而，目前还不清楚污染物是在细菌细胞外接收电子而降解的，还是在细菌细胞内生物降解而失去电子。为了实现这一目标，我们开发了控制组、开路组和闭路组三个系统。采用多环芳烃芘和抗生素磺胺甲恶唑（SMX）作为沉积物和水体中的目标污染物。
随着沉积物中芘浓度的增加，AE-MES的内阻逐渐提高，而峰值功率密度减小。AE-MES通过分解沉积物中的大分子有机物而在不需要额外的碳源的情况下产生长期稳定的电流。闭路组沉积物中芘浓度在96 d内由9.94 mg/L下降到2.08 mg/L，水中磺胺甲恶唑浓度在168 h内由5.12 mg/L下降到1.12 mg/L，分别比开路组高18.71%和31.21%。芘的降解途径可能是通过苯环的逐级分解，由多环物质转化为少环物质。还原生成的多种代谢物证实SMX或其中间体在水中被还原降解。在活性电极上，促进了与SMX降解有关的Acetobacterium和Piscinibacter属的相对丰度提高，而产电属Pseudomonas被抑制。细胞外电子传递相关基因ccdA、pksS、torC和acsE可能加速了活性电极上的电子传递。SMX在活性电极上作为电子受体被还原降解，而不是作为电子供体被氧化。通过与细胞外电子传递相关的蛋白质转移电子，促进SMX的还原性降解。
综上所示，AE-MES提高了电子利用效率，促进了沉积物中芘和水中SMX的同步降解。电子的产生和原位利用同时降解固液两相污染物将为微生物电化学降解污染物的机理提供深入的了解，并促进地表水可持续生物修复策略的发展。
 
关键字
微生物电化学,胞外电子传递,同步去除,两相污染物
报告人
曹羡
东南大学

稿件作者
曹羡 东南大学
张帅 南京信息工程大学
SakamakiTakashi Tohoku University
王辉 西安理工大学
李先宁 东南大学
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