高氯酸盐（ClO₄⁻）是一种广泛应用于火箭燃料和烟火制造中的强氧化剂，其在水中的高溶解度和稳定性使其成为一种持久性无机污染物，会干扰人体甲状腺对碘的吸收。生物还原是将ClO₄⁻转化为无害Cl⁻的经济有效的方法。然而，传统的异养生物还原需要投加大量有机碳源（如乙酸、甲醇），这不仅增加了成本，还可能导致出水有机碳二次污染和生物堵塞。甲烷是一种廉价、来源广泛（天然气、厌氧沼气）的非有机碳电子供体。利用甲烷驱动高氯酸盐生物还原，具有巨大的经济和环境优势。但甲烷厌氧氧化耦合高氯酸盐还原这一过程，在自然界中极为缓慢，需要突破电子传递的瓶颈。

  本研究构建了一个甲烷驱动的微生物电解池（MOMEC）系统。阴极室为填充了石墨颗粒的生物膜反应器，阳极室则接种了产电菌。该系统的巧妙之处在于，在阴阳极之间施加一个微小的电压（0.3-0.5V），驱动阴极生物膜中的甲烷厌氧氧化菌利用甲烷，产生的电子通过胞外直接或间接传递方式，传递给阴极。然后，这些被阴极收集的电子，一部分直接被高氯酸盐还原菌利用，将ClO₄⁻还原为Cl⁻；另一部分则可能通过产氢等形式间接传递。同时，甲烷氧化产生的少量CO₂为自养型高氯酸盐还原菌提供了碳源。这样，整个系统以甲烷为唯一的电子供体和碳源，实现了高氯酸盐的自养生物还原，无需外加任何有机碳源。

  长期连续流实验结果显示，在优化的电压和甲烷通量下，MOMEC系统对进水中10mg/L的ClO₄⁻实现了高达95%以上的稳定去除率，出水ClO₄⁻浓度低于0.5mg/L。实时定量PCR和高通量测序分析揭示了阴极生物膜中甲烷厌氧氧化菌（如Methylomonas）和高氯酸盐还原菌（如Dechloromonas）的共存和富集，证实了二者之间的协同代谢关系。该研究开创性地将微生物电解池技术用于强化甲烷驱动的自养高氯酸盐还原，为利用廉价、清洁的天然气或沼气处理高氯酸盐污染的地下水，提供了全新的技术原理和可行性验证。

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