电子供/受体联合生物电强化河道底泥有机污染物降解研究
发布时间：2021-07-21 22:17
我国城市内河污染严重,特别是南方许多大中型城市,通常依水而建,垃圾、污水等污染物未经妥善处理排入河道,加之得不到有效的补水来源,使得河道及周边环境迅速恶化。底泥作为河流的沉淀池,富含各种有机和无机物质,特别是一些难降解有机物,包括多环芳烃、除草剂、塑化剂和抗菌剂等。底泥中有机物会扩散到上覆水,进而影响到河道周围的环境。已有研究表明,通过向底泥中投加电子供/受体（例如甲醇、硝酸盐等）来强化有机污染物的降解。但是,单纯的投加物质,对水体的调控作用有限,不能长时间的作用于底泥。基于生物电化学原理,调控阳极（电子受体）或阴极（电子供体）的生物电作用可以强化去除底泥中多种有机污染物（石油烃、多环芳烃等）,更重要的是,生物阳极作为固定的电子受体,不会产生其他的副产物,有良好的环境友好性。本研究通过电子供体（甲醇）/电子受体（氧气）和生物电联合作用,实现了底泥中有机污染物的强化降解,发现了修复过程中微生物群落演替规律及不同时期的优势菌属,分析了不同污染物去除与潜在的功能菌属间的相互关系,总结了外源电子供/受体联合生物电强化底泥有机污染物的降解机制。外源电子供体甲醇刺激下,底泥中石油烃和多环芳烃的去除...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
底泥中物质的传递与转运[13]
1-3 沉积物自然生物修复（左）和典型底泥生物电化学系统程（右）中电子传递途径和氧化还原反应的概念图[136] Conceptual illustration of the electron transport routes and redoxmediation of sediment (left) and typical SMFC enhanced process定电子受体生物阳极强化有机污染物降解底泥中引入电刺激能够对底泥中的大量有机质实现37]等利用底泥生物电化学系统来强化对底泥中石油烃的生物电刺激的反应器与对照组对 TPHs 的去除率分别为人利用 BES 去除被石油污染的土壤，经过 66 天的降解了 63.5-78.7%，而开路时的去除率为 37.6 43.4%，电流在 yang[139]的研究中，反应器的体积为 100L，运行了电流，2 年后，其总 TOC 的去除率为 22%，而开路的底泥中引入电刺激对底泥中常规有机物的去除虽然远然很慢。过程相比，电刺激能够强化底泥中 PAHs 的降解。大
是 Shewanellaceae，它也存在于环境中[156,157]。细菌种类的优势在很大程度上依赖于环境。例如，Desulfuromonas 通常在海洋沉积物中更丰富，而 Geobact物种通常在淡水沉积物中占主导地位[158]。此外，Reimers 等人发现，微生物群落沿着沉积物中垂直位置阳极的长度变化很大，顶部的多样性比底部差[159]。生物电化学系统的最终电子源是存储在沉积物中的有机物或硫物质。然而，大多数沉积的有机物不能被电活性微生物直接利用。相反，一般模型是复杂的有机物（OMs）首先被分解（通过水解）成较小的分子 OMs，如长链脂肪酸，可发酵的糖，芳香族化合物，氨基酸，然后进一步转化（通过发酵）可被电活性微生物利用的各种挥发性有机酸（VFA）。这些发酵产物也可以被硫酸盐还原细菌利用以产生硫化物，并因此通过硫物质的循环间接地为SMFC 提供燃料[160]。因此，除了保持电活性微生物的主导地位之外，沉积物中不同的土著微生物群落之间的协同作用对于生物电化学系统也是至关重要的。然而，到目前为止，我们对沉积物微生物生态学及其代谢，电子相互作用的理解仍然非常有限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池处理煤热解废水有机物降解特性[J]. 李明,刘新民. 水处理技术. 2017(11)
[2]外加甲醇对化工综合废水A/A/O工艺生物脱氮工程应用中的影响[J]. 王德兴,许宝明,胡大波,杜虎. 污染防治技术. 2017(04)
[3]邻苯二甲酸酯降解细菌的多样性、降解机理及环境应用[J]. 韩永和,何睿文,李超,向萍,罗军,崔昕毅. 生态毒理学报. 2016(02)
[4]植物对卤代有机污染物吸收、迁移和代谢的研究进展[J]. 莫凌,张云,林彰文,邢巧,吴江平,罗孝俊,麦碧娴. 生态环境学报. 2015(09)
[5]微孔曝气与覆盖对城市重污染河道底泥磷形态分布及释放过程的影响[J]. 杨长明,荆亚超,沈烁,徐琛. 环境化学. 2015(06)
[6]5种酰胺类除草剂对斑马鱼胚胎发育的毒性效应[J]. 刘迎,胡燕,姜蕾,潘波,秦涵淳,林勇. 农药. 2014(11)
[7]沉积物性质对沉积物微生物燃料电池产电性能的影响[J]. 张晶,李茹莹,季民. 环境科学学报. 2015(03)
[8]广州市河涌底泥中主要污染物的垂直分布特征[J]. 侯晓辉,潘伟斌,李晓春. 环境保护科学. 2013(01)
[9]底泥曝气对城市污染河道内源氮变化过程的影响[J]. 许宽,刘波,王国祥,周锋,凌芬,杜旭. 环境科学学报. 2012(12)
[10]城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究[J]. 何岩,沈叔云,黄民生,张博,姚丽平,刘雨芳. 生态环境学报. 2012(06)
硕士论文
[1]珠江口淇澳岛海岸带沉积物样品参与甲烷循环和氮循环相关微生物的群落结构及其它们与环境相互关系的研究[D]. 郑燕平.厦门大学 2009
本文编号：3295866
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
底泥中物质的传递与转运[13]
1-3 沉积物自然生物修复（左）和典型底泥生物电化学系统程（右）中电子传递途径和氧化还原反应的概念图[136] Conceptual illustration of the electron transport routes and redoxmediation of sediment (left) and typical SMFC enhanced process定电子受体生物阳极强化有机污染物降解底泥中引入电刺激能够对底泥中的大量有机质实现37]等利用底泥生物电化学系统来强化对底泥中石油烃的生物电刺激的反应器与对照组对 TPHs 的去除率分别为人利用 BES 去除被石油污染的土壤，经过 66 天的降解了 63.5-78.7%，而开路时的去除率为 37.6 43.4%，电流在 yang[139]的研究中，反应器的体积为 100L，运行了电流，2 年后，其总 TOC 的去除率为 22%，而开路的底泥中引入电刺激对底泥中常规有机物的去除虽然远然很慢。过程相比，电刺激能够强化底泥中 PAHs 的降解。大
是 Shewanellaceae，它也存在于环境中[156,157]。细菌种类的优势在很大程度上依赖于环境。例如，Desulfuromonas 通常在海洋沉积物中更丰富，而 Geobact物种通常在淡水沉积物中占主导地位[158]。此外，Reimers 等人发现，微生物群落沿着沉积物中垂直位置阳极的长度变化很大，顶部的多样性比底部差[159]。生物电化学系统的最终电子源是存储在沉积物中的有机物或硫物质。然而，大多数沉积的有机物不能被电活性微生物直接利用。相反，一般模型是复杂的有机物（OMs）首先被分解（通过水解）成较小的分子 OMs，如长链脂肪酸，可发酵的糖，芳香族化合物，氨基酸，然后进一步转化（通过发酵）可被电活性微生物利用的各种挥发性有机酸（VFA）。这些发酵产物也可以被硫酸盐还原细菌利用以产生硫化物，并因此通过硫物质的循环间接地为SMFC 提供燃料[160]。因此，除了保持电活性微生物的主导地位之外，沉积物中不同的土著微生物群落之间的协同作用对于生物电化学系统也是至关重要的。然而，到目前为止，我们对沉积物微生物生态学及其代谢，电子相互作用的理解仍然非常有限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物燃料电池处理煤热解废水有机物降解特性[J]. 李明,刘新民. 水处理技术. 2017(11)
[2]外加甲醇对化工综合废水A/A/O工艺生物脱氮工程应用中的影响[J]. 王德兴,许宝明,胡大波,杜虎. 污染防治技术. 2017(04)
[3]邻苯二甲酸酯降解细菌的多样性、降解机理及环境应用[J]. 韩永和,何睿文,李超,向萍,罗军,崔昕毅. 生态毒理学报. 2016(02)
[4]植物对卤代有机污染物吸收、迁移和代谢的研究进展[J]. 莫凌,张云,林彰文,邢巧,吴江平,罗孝俊,麦碧娴. 生态环境学报. 2015(09)
[5]微孔曝气与覆盖对城市重污染河道底泥磷形态分布及释放过程的影响[J]. 杨长明,荆亚超,沈烁,徐琛. 环境化学. 2015(06)
[6]5种酰胺类除草剂对斑马鱼胚胎发育的毒性效应[J]. 刘迎,胡燕,姜蕾,潘波,秦涵淳,林勇. 农药. 2014(11)
[7]沉积物性质对沉积物微生物燃料电池产电性能的影响[J]. 张晶,李茹莹,季民. 环境科学学报. 2015(03)
[8]广州市河涌底泥中主要污染物的垂直分布特征[J]. 侯晓辉,潘伟斌,李晓春. 环境保护科学. 2013(01)
[9]底泥曝气对城市污染河道内源氮变化过程的影响[J]. 许宽,刘波,王国祥,周锋,凌芬,杜旭. 环境科学学报. 2012(12)
[10]城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究[J]. 何岩,沈叔云,黄民生,张博,姚丽平,刘雨芳. 生态环境学报. 2012(06)
硕士论文
[1]珠江口淇澳岛海岸带沉积物样品参与甲烷循环和氮循环相关微生物的群落结构及其它们与环境相互关系的研究[D]. 郑燕平.厦门大学 2009
本文编号：3295866
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