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【学术星期四】超能细菌 | 欧美六国团队用发电细菌处理农村污水

发布于：2017-08-10 14:39:10 来自：环保工程/水处理 [复制转发]

水处理世界中的奇闻趣事。小编看到了某个公号的分享，说欧洲有个项目直接就用会发电的细菌来处理污水。于是小编去谷歌了一下，发现这项目还挺有趣的，现在我们来看看到底是怎么回事吧。

如果非要给这些细菌起个酷点的名字，也非“闪电侠”菌莫属了。

利用细菌来产电和降解有机废物，一项欧洲研究项目正在研发新的、环境友好的方式来处理小型社区的废水。

它看起来更像个公园，但其实是一个实验污水厂，地点位于西班牙塞维利亚附近的Carrión de los Céspedes，离小镇中心不远。然而这里的空气闻起来不像是污水厂。污水通过天然的方式得到净化，用的就是地底下的微生物——一种结合了传统和最新研究结果的方法。

欧洲iMETland项目的研究员在这里用能够产电降解有机物的细菌来处理污水。

有些微生物会长出能导电的线(wires)，充当类似通气管的作用，使得细菌能够进入地下沉积物的更深处，它们就是通过这电化学的方式在没有氧气的环境下生存下来的。

电活性细菌的来源 | 图源：slidesharecdn.com

这些所谓的电活性细菌(electroactive bacteria) 净化废水的效率比传统方法快10倍以上。这就是为什么，这个实验湿地用导电性材料，而不是碎石来填充。在担当结构性支持以外，还能加速处理污水的代谢过程。

“最终的结果是得到净化的干净出水、无需能耗，而且么有残留污染，”研究员Abraham Esteve-Núñez接受采访时如是说。他是IMDEA Agua的一名环境生物技术研究员，同时也是iMETland 的项目协调官.

西班牙Cadiz大学综合水资源管理硕士项目的学生参考该污水厂的合照 | 图源：iMETland

零能耗项目

这个反应系统的流程大致如下：附近小镇的污水收集至一个化粪池，然后流经这个生物滤池（biofilter），经过这个生物反应器的出水能够用于农业灌溉。整套系统的日处理量为25m3。这已经足够覆盖一个小型社区的需求了（小编觉得这里的小型也只是欧洲的小型农村，按照每人日平均200L的用量，这也只是125人的规模，放在中国使用还是需要多加几条线）。

反应系统流程图 | 图源：iMETland

更重要的是，这套系统不需要任何外界能源，这在一些没有电网基础设施的发展中国家来说似乎蛮有吸引力。

西班牙的这个实验污水厂是由Centre for New Water Technologies (CENTA)来运行的，它是一个非营利性研究机构。类似的项目在墨西哥、阿根廷和丹麦同时进行。

“这项技术可以用于世界各地，不仅仅是在塞维利亚附近的这个小镇。”

他还说：“类似技术已经证实在非常寒冷的气候下它还能够顺利运作，不会有什么大问题。别忘了这些能净化污水的微生物是存货在泥土下，所以能够用于低温地区，达到同样的净化效果。”

关于这项技术的更多细节，大家可以参考上边这篇科学文献，另外我也拷贝粘贴一下它的摘要：

文献原文摘要

In this work, we present for the first time the concept of integrating microbial electrochemical technologies (MET) with natural wastewater treatment biofilters used in constructed wetlands (CW) to form METlands. In order to validate this technology, three lab-scale horizontal subsurface flow (HSSF) biofilters, two hosting electroconductive materials and one gravel biofilter (control) were operated for 525 days to define the best design and operational conditions to maximize the removal of wastewater pollutants. Organic loading rates tested ranged from 2 to 24 g BOD5 m−2 d−1 at hydraulic retention times (HRT) from 4 days to as low as 0.5 day, respectively. The electroconductive biofilter showed the best COD and BOD removal rates per volume of bed, achieving mean values of 213 g COD m−3 d−1 and 119 g BOD m−3 d−1 at the lowest HRT (0.5 d). Ammonia and total nitrogen maximum removal efficiencies at 3.4 days of HRT were 97 and 69%, respectively, in the electroconductive biofilter. Bacterial communities were studied by 16S rDNA Illumina sequencing with the aim of understanding the role of the electrically conductive material in selecting microbial populations. Deltaproteobacteria (a known electroactive taxon) were enriched in the presence of an electrically conductive bed. Geobacter and Geothrix were the dominant genera in the deeper zone of the electrically conductive bed where oxidation of organic matter occurred. The results suggest that the enhancement in biodegradation rate will significantly reduce the area requirements of classical CW.

（在这项工作中，我们首次将微生物电化学技术概念的提出（MET）自然废水处理生物滤池用于人工湿地（CW）形成metlands。为了验证该技术，三个实验室规模的水平潜流（HSSF）生物滤池，两个托管导电材料和一砾石滤池（控制）运行525天来定义最大化废水污染物去除的最佳设计和操作条件。有机负荷率测试范围从2到24克−BOD5 m 2 d−1水力停留时间（HRT）从4天到0.5天为低，分别为。该生物滤池具有最佳的COD和BOD去除率的单位体积床，达到213克COD M−3 d−1和119 G M−BOD 3 d−1平均值在最低的水力停留时间（0.5 d）。在3.4天的HRT，氨氮和总氮的最大去除率分别为97和69%，分别在导电生物滤池。通过16S rDNA Illumina测序以了解在选择微生物种群的导电材料的作用目的研究细菌群落。Deltaproteobacteria（已知活性分类）富集在导电层的存在。Geobacter和Geothrix在对有机物的氧化发生在导电层更深的区域优势属。结果表明，生物降解速率的提高会显著降低经典CW的面积要求。）

效率测试

而在丹麦，这个欧洲研究项目的科学家则在对不同电导材料进行测试，目标是找到最便宜又最高效的材料。

“我们现在用的材料是石油行业的残留物(residue)。细菌附着在它表面，它的导电性使其能传送电流，帮助降解有机物，”Aarhus大学水生生态学研究员Carlos A. Arias接受采访时解释他的研究工作。