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文章資訊
第一作者/通訊作者：王赫名副教授通訊單位：中國石油大學（北京）
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129600
該研究得到了國家自然科學基金專案（21806185）、國家重點研發計劃（2019YFC1804102）和北京市優秀人才（2016000020124G117）等專案資助。
亮點
• BES是一種良好的土壤修復技術。
• 商用土壤BES已在實際汙染土壤修復中應用。
• 土壤BES的主要挑戰是土壤基質中的傳質問題。
• 討論了BES強化土壤修復的關鍵因素。
研究進展
土壤汙染給環境和人類健康帶來了嚴重危害。生物電化學系統（bioelectrochemical system，BES）能夠為土壤修復提供一個適應性的平臺，實現汙染土壤中有機汙染物和重金屬的去除（圖1）。目前，BES用於去除土壤中各種汙染物的可行性以及修復石油汙染土壤的實際應用已經被證實。例如，商業BES技術（E-Redox）用於處理石油烴和含氯化合物汙染的土壤和地下水的修復，已在美國六個州的現場全面實施。E-Redox已被科羅拉多州石油和公共安全部推薦為處理石油洩漏汙染地下水的原位修復技術之一（技術應用內容由論文合作者美國Advanced Environmental Technologies LLC的金松博士完成。更多資訊www.aetecs.com, [email protected]）。
圖1 BES修復有機/重金屬汙染土壤的示意圖
該技術在應用時，土壤中的傳質問題依然存在巨大的挑戰。通常，土壤由粘土、砂、礫石、水、空氣和其他物質按不同比例組成。因此，土壤的電阻率在1Ω·m（鹽鹼土）至105Ω·m（乾土）之間變化。在液相BES中，柴油的降解率21天后可以達到82%，而在土壤中可能需要120天才能達到相似的降解率。同樣的，重金屬（Cr6+、Cu2+、Zn2+和Cd2+)在液相BES中幾個小時內就可以達到90%以上的去除率，而在土壤中的修復時間可能長達數月而去除率僅為50%以下。
為了更好地理解和解決與BES相關的土壤高電阻率問題，我們詳細概述了BES土壤修復的作用機制和傳質限制的原因，特別涉及到強化土壤修復的關鍵因素。我們將這些關鍵因素分為三類：BES構型、電極材料和排布以及土壤介質。前兩類因素主要關注硬體設計和改進，而第三類因素關注土壤條件。由於改善土壤條件比僅僅改善反應器結構和電極更能產生顯著效果，因此我們深入討論了土壤介質，包括土壤型別、電導率、含水量、pH值和孔隙度，以幫助研究人員最佳化系統，提高土壤基質中的傳質和修復效果。
作者簡介
王赫名，博士，副教授，博士生導師，美國科羅拉多大學優秀博士學位論文獎獲得者，中國石油大學（北京）青年拔尖人才，北京市優秀人才。研究方向為廢水處理與資源化、土壤修復等。擔任《石油科學通報》青年編委、Frontiers in Microbiology編委等。通訊郵箱：[email protected]金松，博士, 美國AET公司創始人，懷俄明大學兼職教授和生物天然氣研究中心副主任，北京大學地空學院客座教授。BES技術應用於環境汙染治理領域開拓人和領銜實施者。專業方向包括各類汙染介質的原位修復，土壤提質和建立植物根系健康有機生態。通訊郵箱: [email protected]
文章來源：生態環境科學
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