碳酸氢盐对菲污染地下水电生物修复的影响机制研究

为探究 HCO3-对电生物修复菲（PHE）污染地下水的影响，研究人员通过实验发现，500 mg/L HCO3-时 PHE 降解效率最高（75.04 - 80.18%），还影响微生物群落。该研究为低 HCO3-地区 PAHs 污染修复提供参考。

　　地下水作为农业、工业和城市生活的核心水源，却因人类活动和自然过程受到多环芳烃（PAHs）等污染物的侵扰。PAHs 具有持久性、致突变性、致畸性和致癌性，像菲（PHE）在墨西哥加勒比海周边地下水浓度可达 11.11±0.72 mg/L，其难降解性和生物累积性让地下水修复面临挑战。传统厌氧生物修复受微生物生长慢、PHE 生物利用度低和电子传递效率差等因素限制，而电生物修复作为一种有前景的环保技术，虽能通过电刺激促进污染物去除，但地下水中的碳酸氢盐（HCO₃^-）作为无机碳源和电子受体，对其影响机制尚不明确。为解决这一问题，浙江工商大学等机构的研究人员开展了 HCO₃^-浓度对菲污染地下水电生物修复影响的研究，相关成果发表在《Environmental Research》，为该领域修复技术应用提供了重要依据。

研究人员主要采用连续流模式的电生物反应器系统开展研究，在 500 mL 工作体积的玻璃反应器中，以含不同浓度 HCO₃^-（100、500、1000、5000 mg/L）的模拟地下水为研究对象，测定 PHE 去除效率、CH₄和 CO₂产生速率，并分析微生物群落结构与功能。

电生物修复对菲去除的性能表现

在 100 - 5000 mg/L 的 HCO₃^-浓度范围内，电生物修复过程中 PHE 去除效率在 45.58% - 82.40% 之间。其中，500 mg/L HCO₃^-的反应器中 PHE 去除效率最高，为 75.04% - 80.18%，其次是 100 和 1000 mg/L 组，5000 mg/L 组效率最低。这表明适当浓度的 HCO₃^-能促进 PHE 降解，过高浓度则产生抑制作用。

微生物群落结构分析

电生物修复过程提高了微生物的丰富度和多样性。主要参与 PHE 降解的微生物包括 Methanomethylovorans 以及 Pelolinea、Clostridium sensu stricto 5、Diaphorobacter、Methyloversatilis 和 Flavobacterium 等降解菌。其中，Methanomethylovorans 与 PHE 去除效率呈显著正相关，说明其在降解过程中起关键作用。

代谢功能与影响机制

潜在代谢功能分析显示，添加 HCO₃^-可促进细菌趋化性、鞭毛组装、碳水化合物代谢和 ABC 转运蛋白等功能，而随着 HCO₃^-浓度升高，这些功能受到抑制。此外，PHE 去除效率与电流密度呈负相关，这是由于 HCO₃^-浓度影响了反应器中电解质的电导率。高浓度 HCO₃^-可能通过改变溶液离子强度和电导率，抑制电子传递和微生物代谢活动。

研究表明，HCO₃^-浓度对电生物修复菲污染地下水的效果有显著影响，500 mg/L 的 HCO₃^-可实现最高降解效率，其通过调控微生物群落结构和代谢功能发挥作用。该研究明确了 HCO₃^-在电生物修复中的双重作用机制，为低碳酸氢盐地区多环芳烃污染地下水的修复提供了理论依据和技术参考，有助于推动电生物修复技术在实际地下水污染治理中的应用，为解决全球地下水 PAHs 污染问题提供了新的思路和方向。