東北地理所在乙烷驅(qū)動釩和TCE污染凈化方面取得新進(jìn)展
地下水釩和氯代有機(jī)溶劑污染對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。生物還原是修復(fù)地下水污染的有效方法。關(guān)于乙烷作為電子供體驅(qū)動釩的生物還原過程，以及乙烷基膜生物反應(yīng)器能否長期連續(xù)去除釩尚不明確。此外，乙烷與DCE、TCE在純培養(yǎng)條件下可實現(xiàn)好氧共代謝，但是關(guān)于乙烷驅(qū)動下的長期連續(xù)處理及其應(yīng)用仍待考察。
本研究證實了乙烷作為電子供體可以實現(xiàn)釩的高效生物還原。隨著進(jìn)水中V(V)負(fù)荷的增加，乙烷基膜生物反應(yīng)器對V(V)的還原能力得到增強(qiáng)。生物膜中釩主要以V(IV)沉淀存在。乙烷氧化菌Mycobacterium和Methylocystis在O2參與下，利用烷烴1-單加氧酶、醇脫氫酶和醛脫氫酶等生成乙醇、乙醛和乙酸等代謝中間體，進(jìn)而被釩還原菌Geothrix、Rudaea等利用，在NADH和細(xì)胞色素c氧化酶的作用下，在胞內(nèi)和胞外將V(V)還原為V(IV)。研究結(jié)果有助于推動乙烷在地下水釩污染異位修復(fù)中的應(yīng)用（Chi et al.,2024）。
該團(tuán)隊還進(jìn)一步構(gòu)建了乙烷/氧氣基膜生物反應(yīng)器，證實了在氧氣充足條件下，乙烷能好氧共代謝降解氯代烯烴，尤其是TCE和PCE。乙烷氧化菌Comamonadaceae在好氧條件下進(jìn)行乙烷氧化，同時利用產(chǎn)生的非乙烷單加氧酶（如：丙烷單加氧酶等）進(jìn)行氯代烯烴的共代謝降解和礦化。乙烷氧化生物膜的形成和相關(guān)單加氧酶的富集保證了氯代烯烴的高效去除。本研究為利用乙烷進(jìn)行氯代有機(jī)溶劑的好氧共代謝降解提供新的視角（Chi et al.,2023）。
相關(guān)研究成果分別發(fā)表在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域Top期刊《Chemical Engineering Journal》（中國科學(xué)院一區(qū)，IF=13.3）和《Science of the Total Environment》（中國科學(xué)院一區(qū)，IF=8.2）上。論文由中國科學(xué)院東北地理所李懷副研究員（通訊作者）、吉林大學(xué)遲子芳教授（第一作者）、美國工程院院士Bruce E. Rittmann教授等共同完成。本工作得到國家自然科學(xué)基金項目（42077353）和中國科學(xué)院東北地理所自主部署項目（E255S106）共同資助。
相關(guān)信息如下：
Chi,Z.,Zhang,L.,Ju,S.,Li,W.,Li,H.,& Ren,X. (2024). Vanadium bioreduction in an ethane-based membrane biofilm reactor: Performance and mechanism. Chemical Engineering Journal,156468. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156468
Chi,Z.,Liu,X.,Li,H.,Liang,S.,Luo,Y. H.,Zhou,C.,& Rittmann,B. E. (2023). Co-metabolic biodegradation of chlorinated ethene in an oxygen-and ethane-based membrane biofilm reactor. Science of the Total Environment,905,167323. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167323
圖1 乙烷驅(qū)動釩污染凈化機(jī)制
圖2 乙烷驅(qū)動氯代有機(jī)物凈化機(jī)制
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