[发明专利]一种堆叠式可循环微生物电化学反应器、石油烃污染土壤的降解方法

说明书

本发明提供了一种堆叠式可循环微生物电化学反应器、石油烃污染土壤的降解方法，属于微生物电化学土壤修复技术领域。本发明提供的堆叠式可循环微生物电化学反应器通过堆叠式微生物电化学系统增加了阳极的影响范围，通过水循环系统加速污染土壤中石油烃分子移动、提高土壤传质能力，从而多角度提高微生物电化学降解土壤中石油烃的效率。本发明还提供了一种石油烃污染土壤的降解方法，本发明的降解方法操作简单，对污染土壤中石油烃的降解效率高。

技术领域

本发明涉及微生物电化学土壤修复技术领域，尤其涉及一种堆叠式可循环微生物电化学反应器、石油烃污染土壤的降解方法。

背景技术

油田的开采和利用极大提升了国家的经济水平，但在开采和运输过程中也同样带来了严重的石油污染问题。2018年颁布的《中华人民共和国土壤污染防治法》也对石油污染土壤高效、环保修复提出了更高的要求。随着世界各国对石油污染引起的生态毒害和健康风险的不断认识，石油污染土壤修复已成为各国普遍关注的研究热点。

随着上世纪末微生物电化学技术(MET)的兴起，为土壤环境补充电子受体提供了新的手段与方法。在MET中，阳极的电活性微生物可以将周围环境的有机污染物氧化产生电子，电子通过外电路转移到阴极并发生还原反应产生电信号，这种可调控的空间结构为厌氧代谢提供电子受体成为可能。2008年Morris和Jin等人(Morris J M,Jin S.Feasibilityofusing microbial fuel cell technology for bioremediation of hydrocarbons ingroundwater.Journal of Environmental Science and Health PartA,2008,43:18-23.)利用MET在21天内完成了地下水中C8-C25的石油烃大分子向小分子的转化，修复效率提高51％。此后，Yuan等人(Yuan Y,Zhou S,Zhuang L.A new approach to in situ sedimentremediation based on air-cathode microbial fuel cells.Journal of Soils andSediments,2010,10:1427-1433.)设计的管状MET和Yan等人(Yan Z,Song,N,Cai H,etal.Enhanced degradation of phenanthrene and pyrene in freshwater sediment bycombined employment ofsediment microbial fuel cell and amorphous ferrichydroxide.Journal of Hazardous Materials,2012,199-200:217-225.)在MET中加入氢氧化铁都对沉积物中电子受体的缺乏进行了改进，并且后者实现了菲和芘的高效去除。这为土壤环境中石油烃的高效降解提供了研究基础，也证明一旦电子受体足够，石油烃可以被厌氧微生物氧化成小分子有机物。

基于上述成果，Wang等人(Wang X,Cai Z,Zhou Q,et al.Bioelectrochemicalstimulation of petroleum hydrocarbon degradation in saline soil using U-tubemicrobial fuel cells.Biotechnology and Bioengineering,2012,109:426-433.)在石油烃污染土壤中植入MET，将石油烃的降解效率提高120％，并发现大分子烷烃和芳香烃均大幅度降解。随后，土壤微生物电化学技术(S-MET)迅速发展，并通过优化反应器构型、调控微生物群落、改善土壤环境等进一步提高了厌氧微生物对石油烃的降解效率。以上为石油烃的厌氧微生物高效代谢提供了大量研究基础，并且发现电活性微生物的富集可诱导石油烃降解菌的大量产生，但是目前S-MET中的电活性微生物只影响了阳极表面1cm以内的石油烃降解菌的富集，这极大的限制了S-MET的应用。

发明内容