【摘 要】
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人工湿地（Constructed wetlands,CWs）法被认为是一种可持续的污水处理技术,被广泛应用于尾水中残留营养物质和有机物的去除。然而,尾水中残留的一些持久性有机物会在长期运行的CWs的植物根系和沉积物中累积。由于这些残留的污染物具有一定的毒性,会对CWs植物和微生物多样性产生危害,从而影响CWs处理尾水的效能。近年来,许多研究者引入生物电化学系统来增强沉积物中各种难降解有机污染物的还
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人工湿地（Constructed wetlands,CWs）法被认为是一种可持续的污水处理技术,被广泛应用于尾水中残留营养物质和有机物的去除。然而,尾水中残留的一些持久性有机物会在长期运行的CWs的植物根系和沉积物中累积。由于这些残留的污染物具有一定的毒性,会对CWs植物和微生物多样性产生危害,从而影响CWs处理尾水的效能。近年来,许多研究者引入生物电化学系统来增强沉积物中各种难降解有机污染物的还原脱毒。本研究以CWs沉积物中典型污染物2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-trichlorophenol,2,4,6-TCP）为目标污染物,将生物阴极引入CWs沉积物,考察其强化2,4,6-TCP还原脱氯的可能性,探讨阴极埋深和施加电位对CWs沉积物中2,4,6-TCP还原脱氯效能的影响。研究发现,给阴极施加-0.7 V（vs.Saturated calomel electrode,SCE）的电位,生物电化学反应器中的2,4,6-TCP的去除效率相对提高了42.24%,平均转化速率相对提高了41.15%。通过对沉积物中2,4,6-TCP还原产物的鉴别,发现生物阴极可以将2,4,6-TCP依次还原为2,4-二氯酚（2,4-dichlorophenol,2,4-DCP）、4-氯酚（4-chlorophenol,4-CP）和苯酚。作为功能性细菌的载体和电子来源,生物阴极加速了沉积物中2,4,6-TCP的还原脱氯。高通量测序结果表明弱电刺激为沉积物中功能性细菌的选择性富集创造更有利的氧化还原环境,电活性菌属（例如Bacillus,Pseudomonas）和脱氯菌属（例如Dehalobacter,Geobacter）的丰度均明显提高。通过对比-0.7 V（vs.SCE）阴极电位条件下不同阴极埋深（5cm、10cm和15cm）对沉积物中2,4,6-TCP的脱氯效能发现,较深的阴极埋深更有利于沉积物中2,4,6-TCP的还原脱氯,阴极埋深为15 cm时,2,4,6-TCP去除效率和平均转化速率分别为71.30±3.08%和1.84 mg/（kg d）。沉积物的氧化还原电位（Oxidation-reduction potential,ORP）会随着深度的增加而降低,弱电刺激也会为功能性细菌的生长和富集创造了更有利的氧化还原环境。高通量测序结果表明生物阴极埋深越深越利于电活性菌属（例如Bacillus、Geobacter）和脱氯菌属（例如Dehalobacter、Flavobacterium）的选择性富集。为了进一步了解在沉积物中的最佳施加电位,在阴极室接种通过沉积物驯化的脱氯菌群,探究不同阴极施加电位（-0.5、-0.7、-0.9、-1.1 V vs.SCE）对沉积物中2,4,6-TCP还原脱氯效能的影响。研究发现,生物阴极具有高效的强化2,4,6-TCP还原脱氯的能力。在施加的四个阴极电位中,在-0.7 V（vs.SCE）阴极电位条件下获得了最高的2,4,6-TCP去除效率和平均转化速率,分别达到92.34±0.86%和12.41±1.08 mg/（kg d）。高通量测序结果表明微生物群落结构和功能会随阴极电位而变化,阴极电位为-0.7 V（vs.SCE）时更有利于电活性菌属（例如Ignavibacterium、Pseudomonas）和脱氯菌属（例如Flavobacterium、Spirochaeta）的富集。研究结果可为受氯代有机物污染的CWs沉积物的原位生物电化学修复在电极埋深、电位选择等参数选择提供依据,可为生物电化学技术在沉积物中持久性污染物的转化应用提供参考。
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