底泥石油污染生物电化学原位生态修复及机理

Wastewater from petroleum industry and oil spill accidents contains a large amount of biorefractory organic pollutants which are persistent in environment, resulting in petroleum pollution. The pollutants contaminate water, sediment and soil and jeopardize aquatic ecosystem, while current remediation processes do not function well. In this project, a composite bio-electrochemical system (BES) is planning to set up without much external energy input, based on biological oxidation and electrochemical oxidation. The degradation of petroleum pollutants by electrochemical oxidation is powered by biological oxidation, where bacteria decompose sediment organic matters to generate the energy. The project consists of four research contents: (1) the study on environmental adaptability of BES for in-situ ecological remediation of petroleum contaminated sediment. (2) The synergistic effect of petroleum pollutants degradation by electrochemical oxidation and the decomposition of sediment organic matters by microbe. (3) The mechanism of in-situ ecological remediation of petroleum contaminated sediment by bioelectrochemical system. By the project implementing, the technical limitations can be overcome, and the in-situ remediation technology of petroleum contaminated sediment with independent intellectual property can be developed, based on biological and electrochemical processes. The environmental and economical benefit can be obtained by the project implementation, as well as the scientific basis and reference.

大量石油污染物进入水体，尤其是事故性石油污染日益频繁，往往导致水体底泥棘手的石油污染问题，对水生生态系统危害很大，现有修复技术存在局限性。本项目以生物电化学技术为基础，结合改性芬顿高级氧化，利用反应系统功能菌降解底泥生物质产电驱动石油污染物的芬顿氧化，建立生物电化学系统（BES），不需要大量外部能源供给而实现石油污染底泥修复。研究内容：1）石油污染底泥生态修复BES环境适应性研究；2）石油污染物组分电化学氧化与底泥生物质降解生态协同效应； 3）石油污染底泥BES原位生态修复机理研究。本课题的实施可以克服关键性限制因素。开发自主知识产权、生物和电化学联用石油污染底泥原位生态修复技术，为今后石油污染底泥生态修复、兼顾环境和经济效益提供科学依据、支持与借鉴。

在国家自然科学基金委支持下，以南开大学为依托单位，本项目针对大量石油污染物进入水体，导致的水体底泥棘手的石油污染问题，开展了创新研究。本项目以生物电化学技术为基础，结合改性芬顿高级氧化，利用反应系统功能菌降解底泥生物质产电驱动石油污染物的芬顿氧化，建立生物电化学系统（BES），完成了不需要大量外部能源供给而实现石油污染底泥修复机理研究。研究内容：1）石油污染底泥生态修复BES环境适应性研究；2）石油污染物组分电化学氧化与底泥生物质降解生态协同效应；3）石油污染底泥BES原位生态修复机理研究。本项目克服关键性限制因素，研究了生物和电化学联用石油污染底泥原位生态修复技术。. 代表性研究结论展示了BES用于处理石油污染物的潜力。石油烃污染物生物降解机制分析表明，一般情况下，只有1%的微生物可以降解石油烃，需要生物电化学技术强化石油污染物降解。而MEC转化为MFC时，其群落结构对环境适应较快，这位BES研究提供思路。阴极催化剂材料研究是BES效能提高关键因素。这项研究证明In2O3的形貌是可以通过适当的合成方法控制以提高光催化性能，进而可以完成难生物氧化降解石油烃的去除；ZIF-8的复合孔结构保证了在三相边界上的快速传质，从而提高了氧还原反应速率。这些优点使ZIF-8成为一种很有前途的空气阴极MFC氧化还原催化剂。. 项目研究在学术论文、专著、专利、研究生培养等方面取得优异成果，为今后石油污染底泥生态修复、兼顾环境和经济效益提供科学依据、支持与借鉴。