河流生态系统是地表最重要的淡水之一，但河水经常受到氮、磷等营养物质的冲击，导致水体富营养化现象频发。由于河水体量较大，迫切需要一种高效、经济的水处理技术以实现富营养化河水的同步脱氮除磷。缺乏有效的电子供体和受体是影响河流生态系统中生物净化过程的一个重要限制因素，电解阴极和阳极可分别为微生物提供电子供体和受体，微生物电化学强化手段能耗低、易于操作管理，具有突出的应用优势。广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队和广东省科学院化工研究所合作，创新性地提出了一种利用原位电化学强化处理富营养化河水的新方法。
该研究在受污染河段原位实施了一种太阳能驱动的电化学水处理技术，用以强化富营养化河水中氮、磷污染物的去除。该原位电解设备阳极和阴极为铁板组合电极，电极电势为10 ± 0.5 V，单个电解设备能耗约1.2 ± 0.1 kWh/day，电解能耗完全由太阳能电板供给，并由控制器调控。研究对电解实施前后不同河段位置的水质和微生物群落结构进行了连续监测，发现该电解技术实施后，受污染河段的总氮和总磷平均去除效率分别达到了72.4 ± 11.7 和 13.8 ± 5.3 mg m-2 d-1，较未处理阶段分别提升了3.7倍和4.7倍。其中，80%以上的总氮去除体现为硝态氮的削减，氢自养反硝化细菌（Hydrogenophaga sp.）在河流沉积物-水界面和悬浮沉积物中皆得到了富集，表明电解阴极作为电子供体可能同时促进了沉积物和悬浮沉积物介质上微生物驱动的氢自养反硝化过程；此外，电解处理显著增加了河水中颗粒态磷的比例，溶解态磷的比例和含量大幅降低，阳极释放的铁离子同时强化了磷与悬浮沉积物的共沉淀作用。
该研究成果表明太阳能驱动的原位电解是一种经济有效的脱氮除磷技术，为富营养化河水的处理提供了新的技术手段。该研究受到广东省科学院先导项目资助，相关研究成果发表在环境科学一区期刊《Science of the Total Environment》（IF=6.551）上。
文章信息：Huaqing Liu, Tianle Kong, Lang Qiu, Rui Xu, Fangbai Li, Max Kolton, Hanzhi Lin, Lei Zhang, Lan Lin, Jiazhi Chen, Xiaoxu Sun, Pin Gao, Weimin Sun. Solar-driven, self-sustainable electrolysis for treating eutrophic river water: Intensified nutrient removal and reshaped microbial communities, 2021, 764: 144293.
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969720378244
（省科学院土壤环境所土壤生态修复研究团队 刘华清/供稿）
附件下载：
