基于沉积物微生物燃料电池的石油污染土壤低碳修复技术研究

为解决石油污染土壤修复过程中的高碳排放问题，研究人员开发了一种沉积物微生物燃料电池(SMFC)系统。通过210天的连续运行实验，该系统成功实现了石油烃降解与同步发电，为自主环境传感器供电，并显著降低了CO2排放。研究发现阳极区富集石油降解菌和电活性菌(electricigens)，阴极区则以电养菌(electrotrophs)为主，为低碳土壤修复提供了新技术路径。

　　

近三十年来对原核生物电催化特性的深入研究催生了一个新兴生物技术领域——微生物燃料电池(MFC)和电解池系统。在这些装置中，微生物细胞作为生物催化剂，既能通过阳极氧化有机物产电，又能在阴极通过电养型CO₂固定(electrotrophic CO₂ fixation)合成生物质和高附加值化合物。其中，MFC在废水处理和生物修复领域的应用最具经济前景。

本研究构建了双室沉积物MFC(SMFC)，采用石油污染土壤接种，在210天持续运行中成功为环境参数自主传感器供电。电流产生伴随着污染土壤中烃类物质的降解，并形成独特的微生物群落分布：缺氧土壤层主要富集潜在石油降解菌，阳极区以产电菌(electricigens)为主，阴极区则优势生长着电养菌(electrotrophs)。值得注意的是，系统CO₂释放量显著低于环境本底值，表明SMFC内部形成了高效的气体过滤机制。

短期野外试验揭示了温度波动对SMFC物化参数、产电性能及阴极微生物组成的显著影响。研究详细探讨了SMFC运行过程中不同功能区域微生物群落的系统发育和生理多样性演变，为石油污染土壤的生物电化学修复提供了重要理论依据和技术参考。