沉积物微生物电化学系统（SMES）是近年来新兴的修复技术。该技术有效得结合了微生物和电化学作用，将有机物氧化过程中释放的化学能转化为电能。同时有机污染物被还原或氧化为无毒或毒性较低的化合物。SMES在沉积物修复领域发挥了明显的优势。
然而在传统的SMES中，阳极附近的有机物被产电菌消耗后，由于沉积物的介质特性，远处的有机物不能较快地运输到阳极附近，使得阳极菌群的代谢基质不能得到及时补充，从而削弱了SMES的产电及污染物降解效果。部分研究表明，在沉积物微生物电化学系统中，有机物的去除主要发生在距离阳极1厘米附近处。可见，传质限制了SMES在土壤或沉积物修复领域的应用。
本研究开发了一种新的SMES装置，其将一个集成了阳极和植物的管状系统（New-PSMES）直接置于沉积物中，利用植物的蒸腾作用使得沉积物中孔隙水流动，加快有机物（包括有机污染物）向阳极表面的迁移速度，从而加强SMES对多环芳烃的去除效果。研究结果表明，由于植物蒸腾作用驱动传质的影响，New-PSMES的启动时间大约提前了7天，产生的电压比对照组高30-70 mV；在运行82天后，菲和芘的总去除率达到了66.33%和64.32%，是对照组去除效果的1.5-2倍；在阳极生物膜群落分布中，相对丰度最高的是变形菌门、绿僵菌门和拟杆菌门，且生物膜中出现了部分需氧菌。本研究构建的New-PSMES装置，可集中大规模生产和安装，可用于大面积土壤或湿地浅滩湖泊河道等的污染物原位修复。 |