ELECTRA 概要

ELECTRA 概览

ELECTRA 是一个为期4年、由欧盟支持的科技创新项目，该项目团队与中国团队密切合作，中国团队由国家自然科学基金支持。该项目旨在通过联合研，在实验室规模和模拟环境条件下，发展和测试基于高度创新生物电化学系统的高效生物修复技术，并进一步在中国和欧洲测试这些技术的实用性。项目需要发展一系列的技术，因为（i）承载污染的介质多种多样，需要不同的技术；(ii）污染物的种类同样种类繁多；以及（iii）多项技术正处于研发阶段，值得进一步研究。

The ELECTRA project is a 4-year Research Innovation Action consisting of one EC- funded consortium working closely together with a NSFC (Natural Science Foundation of China)-funded Chinese consortium.

The ELECTRA consortium aims to jointly develop and test highly innovative bio-electrochemical systems-based remediation biotechnologies at laboratory scale in environmentally relevant conditions and bring the four most efficient technologies to the field in both China and Europe.

A diverse set of technologies will be developed because: (i) the matrices in which pollution occurs are highly diverse, requiring different approaches, (ii) the types of pollutants to be addressed is equally diverse, and (iii) multiple technologies are still at research development stage and worth further investigation.

Chinese project abstract（项目摘要）

新兴有机污染物(Emerging Organic Compounds, EOCs)广泛存在于水体、土壤等环境中，威胁人类和环境健康。EOCs在环境中的转化、降解和最终归趋、以及发展针对EOCs的生物消除技术，是当前环境微生物学和环境生物技术发展的重点领域。本项目选择三氯卡班、利谷隆、磺胺甲恶唑和四溴双酚A等EOCs代表，从降解污染物的微生物组出发，在群体、菌株、降解酶/降解基因、降解途径及调控四个层面，研究菌群内部微生物间及与环境电极和人工湿地植物的互作、EOCs降解机理，研发生物电化学与生物处理过程耦合、构建弱电能介入型EOCs生物增效处理系统，研发植物－微生物联合修复EOCs污染的人工湿地技术，设计并立体构建适用于降解和消除EOCs的功能菌群，发展微生物3D打印技术和新一代微生物修复技术。本项目为新兴有机污染物降解及修复技术研究奠定重要基础，对保护人类生态环境具有重要理论和实践意义。

Emerging Organic Compounds (EOCs) are widely distributed in polluted water and soil, and they are of major concerns for human and environmental health. The conversion, degradation, the fate of EOCs in environments, as well as their removal from polluted environments (e.g. bioremediation) are important and frontier topics in environmental microbiology and biotechnology. In this project, triclocarban, linuron, sulfamethoxazole, and tetrabromobisphenol A are targeted for investigation of their degradation and bioremediation. Researches will be carried out at levels of microbiome/community, microbial species/strains, degradation enzymes/genes, and degradation pathways and their regulation. Interactions among microbial species, between microbiome and electrodes and/or plants in wetland, will be studied. New bioremediation technologies employing of bio-electrochemical system and plant-microbe association will be developed and be tested for EOCs removal. The project will also develop theory and technology on designing and construction of microbial community with 3D printing, aiming at supply of new biomaterials such as effective biofilms for bioremediation of EOCs polluted environments.

Chinese project abstract（项目摘要）

Sub-project 1 (课题1摘要)

三氯卡班、利谷隆、磺胺甲恶唑和四溴双酚A等新兴有机污染物广泛存在于水体、土壤等，威胁人类和环境健康。虽然对这些新兴污染物的生物降解性和微生物代谢途径的研究，已逐步开展，并发现了一系列降解中间产物，揭示了个别催化反应的代谢酶和相关基因，整体而言，这类污染物的降解途径与机制还不清楚。复杂有机污染物的降解是由多种微生物协同作用完成的，微生物组技术将是新一代环境生物修复技术的核心理论依据。本课题从降解污染物的微生物菌群出发，在群体、菌株、降解酶/降解基因、降解途径及调控四个层面，研究菌群内部微生物间及与环境的互作和污染物的降解过程，并在此研究基础上，发展微生物3D打印技术，精准设计并立体构建适用于新兴污染物降解和消除的功能菌群材料，发展新一代微生物修复技术。本课题为新兴有机污染物降解及修复技术研究奠定重要基础，对保护人类生态环境具有重要理论和实践意义。

Subproject 2

毒害性有机污染物的深度去除对于保障水安全意义重大，是现阶段国内外水污染防控的重要目标之一和科学前沿。然而，普遍采用的生物处理技术对于毒害性有机污染物的去除能力相当有限，亟待发展增效型生物处理新体系。本课题基于微生物胞外电子转移主导的生物电化学过程能显著加速污染物降解转化的规律，提出生物电化学过程与生物处理过程耦合构建弱电能介入型生物增效处理系统的研究思路，并围绕着生物增效系统大规模应用尚待突破的关键问题展开研究。重点研究三氯卡班、四溴双酚A、磺胺类抗生素、硝基芳烃、偶氮染料等毒害性有机污染物在生物增效系统中的降解转化路径，揭示电极微纳界面功能强化对胞外电子转移的定向调控规律，探索生物电极的3D打印自组装与性能优化，考察耦合生物处理系统的能量自维持增效模式，以期为遏制和消除水环境中的毒害性有机污染物提供理论依据，为保障水系统安全提供可操控性强的生物增效修复技术体系。

Subproject 3: Mechanism and technique for removal of emerging organic contaminants in constructed wetlands driven by plant-microbes association 课题三：植物-微生物耦合作用下人工湿地中新兴有机污染物的消除原理与技术

新兴有机污染物（EOCs）的环境污染已对生物产生负面效应。人工湿地是一种利用植物-微生物互惠关系的绿色修复技术，有关其去除EOCs的原理与技术尚缺乏系统研究。本课题将发挥中欧双方的科研优势，以磺胺甲恶唑、四溴双酚A和利谷隆为典型EOCs代表，以芦苇和香蒲为典型湿地植物代表，采用14C放射性和13C稳定性同位素示踪技术、微流控高通量培养技术、高通量组学技术、3D打印微生膜技术、电动力学技术等，研究多介质复杂湿地中EOCs的迁移、转化、残留和生物富集等环境过程、归趋；阐明植物-微生物耦合作用下，湿地中污染物的降解途径和微生物学机制；基于植物-微生物耦合关系，研究3D打印封装的特异性降解菌群和太阳能产生的弱电场的强化下，湿地中EOCs及其残留的去除过程和机理，构建人工湿地“生物电”强化去除EOCs技术。研究结果将阐明湿地中EOCs的环境过程及微观机制，并为利用植物-微生物耦合体系实现低能耗、近零药耗强化去除EOCs提供理论和技术支撑。