清华大学环境学院梁鹏教授受邀在第5期“水科学技术前沿沙龙（Water Insight）”作了题为《污水生物处理过程中生物聚集体胞外电子传递的思考》的报告。

胞外电子传递（Extracellular electron transfer，EET）是生物能源生产和废水资源回收中的关键过程，既包括微生物胞内代谢电子传递至胞外电子受体，也包括胞外电子供体将电子传递至胞内代谢。EET是生物地球化学中元素循环与能量交换等科学过程的前沿领域，也是甲烷生产和厌氧颗粒污泥生物反应器优化等工程领域的重要研究内容。EET研究既有利于深化理解地球化学循环过程，在生态修复、工业生产和资源循环利用中发挥重要作用。

污泥中微生物聚集体的EET过程是污水生物处理研究的热点和难点，包括直接电子传递（Direct electron transfer, DET）和间接电子传递（Indirect electron transfer, IET）两个主要过程。DET通过微生物表面色素和纳米丝导体发生电子传导，IED通过核黄素和腐植酸等电子供体物质传递而发生电子简介传递。微生物聚集体中EET过程的量化和贡献评价是当前该领域亟需解决的前沿问题。为此，梁鹏教授围绕以下两方面进行了深入报告：1）EET的量化测量方法及电导率变化规律；2）电子传导与电子供体传递贡献评价。

梁鹏教授及其团队围绕EET开展长期研究：（1）在量化测量方面，研发了双控门电位法，有效解决了传统方法难以屏蔽代谢电流干扰的问题，精准量化EET测量；（2）在EET变化规律方面，通过改变电极间距测量电导率，验证了长距离电子传递主要由纳米丝主导，短距离传递以细胞色素为主的传递机理，并测试了电极构型、生物膜组分与基质、电势的影响因素，发现生物膜电导率在电极电势-0.35 V出现最大值，得出生物膜内电子传递是氧化还原反应介导的结论；（3）在电子传导与电子供体传递对比评价方法方面，建立了电导率和电子扩散系数的换算关系，根据氧化还原型（辅酶）电子传递模型，验证了电子扩散符合Fick第一定律，推进了电子传递通量和物质传递通量难以比较这一问题的进展；（4）在电子传导与电子供体传递的贡献评价方面，通过在微生物聚集体中引入强导电性材料实验，发现引入不同剂量聚吡咯后，生物膜电导率显著提升，但物质扩散系数明显下降，整体EET的传递效果也上升至最高点后下降，说明导电材料的引入会提高电子传导，但同时会限制物质传递。

此外，梁鹏教授还在报告中指出EET应用的3个重要发展方向：（1）产甲烷和产电的资源化利用；（2）芳香化合物等难降解物质的生物矿化；（3）BOD和生物毒性的快速监测预警。在推进工程的实际应用的同时，梁鹏教授也指出在理论研究方面，电子与电子供体尺寸差异对传递本质的影响、电场与物质浓度梯度对电子传递作用也应在未来研究中受到更多重视与关注。

梁鹏教授作主讲报告

北京林业大学党岩教授就实际废水中电子传导与物质传递贡献率分析、实际应用中的毒性快速检测，以及实际处理过程中的EET优化进一步调控三方面问题和梁鹏教授展开讨论，认为EET过程在实际厌氧生物处理系统、固废处理系统中的评价分析方法需要持续关注，对实际污泥EET原位表征手段也是未来工程应用研究的重要方面。福建农林大学蒋永副教授就是否可以同时对电子传导和电子供体物质传递两方面同时提高，向梁鹏教授提出疑问，认为两方面同时促进存在实际困难。梁鹏教授从强化手段、实际应用、未来发展等角度，一一解答了老师同学的问题。

党岩教授和蒋永副教授参与研讨

王鑫教授主持沙龙

2023年5月13日上午，第5期“水科学技术前沿沙龙（Water Insight）”以线上形式成功举办。Water Insight由《Water Cycle》国际期刊、中国环境科学学会水处理与回用专业委员会、清华大学环境学院、环境前沿技术北京实验室主办。

出席此次沙龙的专家有专业委员会主任、清华大学环境学院胡洪营教授，清华大学环境学院梁鹏教授、南开大学环境科学与工程学院王鑫教授、北京林业大学环境科学与工程学院党岩教授、福建农业大学资源与环境学院蒋永副教授等专家学者。沙龙在学术会议平台直播，来自全球各地的环境领域专家、学者、研究生等3400余人次参加。

沙龙的联合主办单位为清华大学环境学院、南开大学环境科学与工程学院、北京林业大学环境科学与工程学院、福建农林大学资源与环境学院、清华大学深圳国际研究生院、中国人民大学环境学院、北美环境工程与科学华人教授协会（CAPEES）、欧洲环境-生态与可持续发展华人学会（CESEES）等。