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异生有机污染物（XOCs）的厌氧降解：电子流和电位增强策略的作用
Yijing Li 1,2, Shanghua Wu 1,3, Shijie Wang 1,3, Shijie Zhao 1,3, Xuliang Zhuang 1,3,lowast;
摘要：
在地下水、深层土壤、沉积物中，外源性有机污染物（XOCs）的广泛存在引起了人们对人类健康和生态环境安全的关注，这要求人们更好地理解其在缺氧基质中的去向和修复。在没有氧气的情况下，细菌利用各种氧化物质，例如硝酸盐、硫酸盐、金属（hydr）氧化物，腐殖酸物质，作为终端电子受体（TEA）燃料厌氧XOCs降解。虽然有越来越多的厌氧生物降解从电子流的角度对厌氧污染物去除的机理进行系统综述，主要集中在物种识别、降解途径、群落动力学等方面的研究。在这篇综述中，我们从电子的角度对厌氧生物降解——电子的产生、运输和消费进行了深入的研究。从群落、纯培养、细胞生物化学的角度对TEAs还原与污染物降解的耦合机制进行了解析。在此基础上，提出了促进厌氧生物降解的相关策略，以指导有效的XOCs生物修复。
Pilot-scale investigation on the treatment of cellulosic ethanol biorefinery wastewater
Abstracts
Underground water, deep soil layer, sediment, the widespread of xenobiotic organic contam
inants (XOCs) have been leading to the concern of human health and eco-environment
safety, which calls for a better understanding on the fate and remediation of XOCs in anoxic
matrices. In the absence of oxygen, bacteria utilize various oxidized substances, e.g. nitrate,
sulphate, metallic (hydr)oxides, humic substance, as terminal electron acceptors (TEAs) to
fuel anaerobic XOCs degradation. Although there have been increasing anaerobic biodegra
dation studies focusing on species identification, degrading pathways, community dynam
ics, systematic reviews on the underlying mechanism of anaerobic contaminants removal
from the perspective of electron flow are limited. In this review, we provide the insight on
anaerobic biodegradation from electrons aspect — electron production, transport, and con
sumption. The mechanism of the coupling between TEAs reduction and pollutants degra
dation is deconstructed in the level of community, pure culture, and cellular biochemistry.
Hereby, relevant strategies to promote anaerobic biodegradation are proposed for guiding to
an efficient XOCs bioremediation.
第一章 介绍
介绍：
在现代人类活动的许多方面——工业生产、家庭生活、农业生产中，各种外源性有机污染物（XOCs）被合成、应用和释放。因此，这些有机污染物在土壤和水生系统中的出现已经在全球范围内得到了报道（Sousa等，2018；Sun等，2018），由于其已被证实的和潜在的毒性，这已成为人类健康和生态环境安全日益重要的问题（Gogoi等，2018）。
XOCs具有分子固有的对吸附和化学转化的抵抗能力，在土壤环境中具有高度的流动性，它们可以在淋溶作用下向下迁移进入深层土壤和地下水（Nakada等，2008）。此外，以多环芳烃为代表的具有相对高辛烷水分配系数的非极性疏水性有机物质倾向于积累到土壤颗粒或沉积物中，而不是通过水流迁移（Gocht等，2007；Li等，2009）。上述两种情况都是典型的缺氧环境，是XOCs的重要储集层。
当有足够的氧气时，有氧生物降解发生作为自然衰减的主要过程，其中氧将作为活性剂和电子接受器（TEA）用于基板的分解以及能量生产。在厌氧条件下，环境中普遍存在的各种无机/有机物可以替代氧气的作用，并发挥非 O2 和TEAs 的作用，例如硝酸盐、硫酸盐、铁（III）和Mn（IV）（氢）氧化物，允许在厌氧模式中发生XOC生物降解（Schmidt等，2017）。例如，在有限的氧气结合下，可用氧气只能用于通过芳香环加氧酶对邻苯二酚的活化，然后氧气的耗尽使得邻苯二酚成为一个死胡同产物，导致有氧生物降解的关闭。但非O2和TEAs的存在允许其后续的厌氧生物转化通过O2和加氧酶独立的途径，其中邻苯二酚羧基化，脱氢，连接与辅酶A形成苯甲酰辅酶A，厌氧生物降解的中心中间体。然后苯甲酸裂解为短链烃，然后逐步矿化为CO2。
虽然已有大量的研究阐明了好氧XOCs的生物降解作用，但XOCs厌氧降解的研究仍然有限，尽管许多缺氧生态环境如淹水土壤、地下水、水生沉积物等都是重要的生态系统，需要更好的开发。一般认为，有氧代谢和suboxic代谢支持更多的能量守恒和生物量同化，导致比严格的无氧代谢更快的降解（Philipp和Schink，2012；Schaper等人，2018）。然而，近几十年来，越来越多的报告表明，XOCs的生物降解可以依赖于氧化还原（Fang等人，2020），也就是说，某些XOCs较难降解，在缺氧条件下更易降解。
总之，在缺氧环境中，微生物活性低和缺氧是导致XOCs降解缓慢的主要原因，而厌氧条件下易发生的特殊反应使厌氧生物降解成为不可替代的过程。此外，与传统的有氧生物修复策略相比，厌氧代谢因其成本低廉的优点而受到广泛关注（Lovley等，2001）。因此，对厌氧降解菌的识别、遗传和生化机制的理解、群落成员间合作的生态学知识以及生物修复的实践需要更多的努力。在这篇综述中，我们总结了典型的终端电子接受过程（TEAPs）。表示“否定volvol在厌氧生物降解，重点是电子生产，运输和消费。这里不包括不同类型的XOCs的特定厌氧降解途径。在此基础上，从纯培养和微生物群落两个层面综述了厌氧XOCs的降解机理，提出了提高其厌氧降解效率的可能途径。最后，提出了目前基于TEAP的生物修复技术面临的挑战和未来的研究方向。
第二章 实验材料和方法
2.1厌氧生物降解与各种非O2和TEA耦合
硝酸盐是一种能量上有利的电子受体，其反硝化产生的能量与氧还原相近。铁（III）还原也有相对较高的能量产量，其次是硫酸盐还原和甲烷生成（Rittmann和McCarty，2005）。根据氧化还原阶梯的顺序，只有在高能TEA耗尽时，低能量产率TEA呼吸公会才能竞争，然而，这一传统的概念受到了许多研究的挑战，这些研究揭示了逆氧化还原分带或同时多电子接受过程的新出现。
氧还原：
0.25 O2 H eminus; = 0.5 H2O, OG0 = minus;78.72 kJ/eminus;_eq
硝酸异化还原(DNR):
0.2 NO3minus; 1.2 H eminus; = 0.1 N2 0.6 H2O, OG0 = minus;72.20kJ/eminus;_eq
异化金属还原(DMR):
Fe3 eminus; = Fe2 , OG0 = minus;74.27kJ/eminus;_eq
异化硫酸盐还原 (DSR):
0.125 SO42minus; 1.1875 H eminus; = 0.0625 H2S 0.0625 HSminus; 0.5 H2O,
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