本次分享一篇由農(nóng)業(yè)和農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所研究團(tuán)隊(duì)在《Journal of Cleaner Production》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文：Non-sealed water hastens the efficiency of microbial electrochemical remediation system。本文主要探討了在微生物電化學(xué)修復(fù)系統(tǒng)（Microbial Electrochemical Systems, MES）中不同水密封水平對石油烴污染土壤修復(fù)效率的影響。
摘要：土壤石油烴污染已成為一個全球性問題，微生物修復(fù)技術(shù)是一種友好的技術(shù)。電子受體的缺乏和功能微生物活性低是限制因素，而這些可以通過土壤微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MES）來克服。使用石油烴污染的土壤作為基質(zhì)，構(gòu)建了具有四種不同水密封水平的土壤MES，以優(yōu)化系統(tǒng)配置。經(jīng)過65天的運(yùn)行，低水位組（MES0）的累積電荷為1282 C，而最高水位組（MES5）僅為151 C。與原始土壤（OS）相比，MES0中靠近陽極和陰極的烴類去除率分別為28%-30%，比MES5中的高出4%-11%。此外，共生網(wǎng)絡(luò)分析顯示，在MES0中，細(xì)菌、真菌和古菌群落中正向聯(lián)系的主導(dǎo)性高于MES5和OS。在MES0中，細(xì)菌的分布更為密集，并且連接到更多密切相關(guān)的群組，與MES5以及OS中的相比具有更高的相互作用。與細(xì)菌相反，MES5更有利于真菌和古菌群落的生長和連接。上述變化歸因于溶解氧、氧化還原電位和電阻的降低，這些因素轉(zhuǎn)移了電子受體，因而促進(jìn)了土壤中電子和底物的傳遞過程，表明細(xì)菌與真菌和古菌在MES中烴類去除機(jī)制中協(xié)同作用。我們的發(fā)現(xiàn)揭示了低水位密封對MES性能的優(yōu)化，通過詳細(xì)概述了土壤MES中細(xì)菌、真菌和古菌的協(xié)同行為特征。
在本文中，微電極被用于原位測量土壤微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MES）中的溶解氧（DO）、氧化還原電位（Rd）、以及氫氣（H2）。微電極在測量前需要經(jīng)過一夜的極化處理以獲得穩(wěn)定的信號，然后根據(jù)一定的步長（1毫米）、等待時間（15秒）和測量時間（15秒）進(jìn)行土壤中不同深度的測量。微電極技術(shù)提供了對土壤MES系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的高分辨率測量，有助于深入理解微生物電化學(xué)修復(fù)過程中的復(fù)雜相互作用。
結(jié)論：本研究證明了在石油污染土壤的微生物電化學(xué)修復(fù)系統(tǒng)中，使用低水位（MES0）而不是高水位（MES5）是一種有效的方法，有助于產(chǎn)生電力和去除總石油烴（TPH）。這是因?yàn)樗厮芰送寥牢⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)，增加了細(xì)菌之間的相互作用，并決定了它們的關(guān)鍵物種，同時也增強(qiáng)了石油功能降解基因的活性。相反，高水位有助于真菌和古菌群落的增殖。在土壤MES中的生物電流刺激下，形成了細(xì)菌、真菌和古菌群落之間的協(xié)同關(guān)系，在共代謝各種元素（即碳、氮、硫、鐵、錳和氫）的過程中，全面調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能。這些差異的主要貢獻(xiàn)者是土壤層中溶解氧的數(shù)量，它決定了電力生成和TPH去除。總之，這些結(jié)果為理解低水位和高水位供水土壤MES中微生物相互作用提供了見解。
智感環(huán)境是國內(nèi)為數(shù)較少能夠?qū)崿F(xiàn)微電極系統(tǒng)開發(fā)和商業(yè)化推廣的公司，并創(chuàng)新性地推出了微電極多通道分析系統(tǒng)，可以同步高分辨率檢測pH、DO、Eh、H2S等多種指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了我國在該技術(shù)領(lǐng)域的彎道超車。Easysensor微電極的設(shè)計特殊，它的穿刺能力可深入水體、生物膜、顆粒污泥、植物的根莖葉以及液體與固體的擴(kuò)散邊界層，為微生態(tài)和微區(qū)研究提供了強(qiáng)有力的工具。這款微電極的末端細(xì)至微米級別，在不破壞被測對象結(jié)構(gòu)和生理活性的前提下，快速刺入樣品內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對微環(huán)境的精確測量。
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