生物炭-微生物协同强化的生物滞留排水系统对农业径流中三氯卡班的去除效能及微生物群落作用机制

时间：2025年6月23日

来源：Bioresource Technology

编辑推荐：

针对农业径流中持久性抗菌剂三氯卡班(TCC)污染问题，研究人员创新性地采用生物炭(BC)与微生物(FC/IC)协同强化的生物滞留排水系统。研究发现，游离微生物(FC)和生物炭固定化微生物(IC)分别实现83%和62%的TCC去除率，系统长期运行中微生物通过生物降解、EPS吸附及形态适应等机制发挥作用，为农业面源污染治理提供了可持续解决方案。

随着城镇污水处理厂污泥在农业领域的资源化利用，个人护理品中的抗菌剂三氯卡班(Triclocarban, TCC)通过污泥施肥进入农田生态系统，成为威胁环境和人体健康的新型污染物。这种具有内分泌干扰特性的化合物在土壤中检出浓度高达1.5 mg/kg，地表水中达5.6 ng/L，其引发的抗生素抗性基因传播风险尤为严峻。传统生态排水沟因植物过度生长导致排水能力受限，而单纯生物炭吸附系统对TCC的去除率仅20%，难以满足治理需求。

为解决这一难题，孔敬大学工程学院的研究团队在《Bioresource Technology》发表创新成果，首次将工业木醋液衍生的生物炭(BC)与活性污泥驯化微生物相结合，构建了生物滞留排水系统。研究采用800℃热解制备的桉木生物炭，通过批次实验和长期运行测试，结合微生物群落分析技术，揭示了BC-FC-IC三元体系对TCC的协同去除机制。

关键技术方法包括：1) 工业级生物炭制备与表征；2) 活性污泥微生物的TCC胁迫驯化；3) 生物炭固定化细胞(IC)技术；4) 基于高通量测序的微生物群落分析；5) 胞外聚合物(EPS)提取与组分鉴定。

主要研究结果

批次实验效能对比
游离微生物(FC)展现最高TCC去除率(83%)，显著优于生物炭固定化细胞(IC,62%)和单纯生物炭(58%)。微生物通过细胞收缩和鞭毛形成等形态改变适应TCC毒性。
长期系统运行表现
IC与FC在动态系统中去除效率趋近(33-35%)，而单独BC仅20%。微生物分泌的EPS通过吸附作用贡献了15%的TCC去除，与生物降解形成互补机制。
微生物群落演变
高通量测序显示Comamonas和Alcaligenes是潜在TCC降解菌，其相对丰度与去除效率呈正相关。Azospira和Flavobacterium则主导EPS生产，构建生物保护屏障。
多重去除机制解析
生物炭通过π-π作用和孔隙吸附捕获TCC分子，而固定化微生物则利用其膜转运蛋白加速污染物胞内代谢。EPS中的蛋白质组分对TCC的亲和力是多糖的2.3倍。