苯胺是一种高毒性的芳香胺化合物，在制药、染料和石化制造领域中作为关键中间体。在石化行业中，它不仅是重要的精炼中间体，还是合成二苯基二异氰酸酯（MDI）的基础前体（Ae Lim等人，2024年）。基于MDI的材料，如环保涂料和合成皮革，现已广泛应用于现代工业。尽管苯胺在工业上不可或缺，但它对环境和公共健康构成了严重威胁。最近的毒理学评估证实了其致癌性、生物累积潜力以及对水生生态系统的致突变作用，即使在微量浓度（μg/L）下也会产生有害影响（Sharma & Chadha，2023年）。欧洲化学品管理局还指出，苯胺能够干扰血红蛋白的氧气运输，导致全身性缺氧，急性毒性在低至1克的剂量下就能显现（Ferreiro等人，2019年）。由于其芳香结构的稳定性，苯胺在环境中的持久性更加严重。
目前针对苯胺污染的修复策略仍存在固有局限性。传统的物理化学方法会产生二次污染且能耗较高，而生物强化技术则面临维持功能性菌株存活率的挑战。例如，经过工程改造的Rhodococcus erythropolis菌株表现出较高的苯胺去除效率（90.0%）和NH4+-N消除率（98.9%），但其应用受到水平基因转移风险的阻碍（Bai等人，2025年）。同样，微生物电解-Fenton混合系统虽然实现了显著的矿化率（93.1 ± 1.2%），但资本成本过高（丹麦为5544欧元/立方米），限制了其可扩展性（Li等人，2017年）。这些缺点凸显了苯胺生物降解中的一个核心挑战：如何在处理效果、经济可行性和生态安全性之间找到平衡。为了解决这两个瓶颈，开发出具有能量自给自足、运行稳定性和最小生态干扰的创新生物强化系统成为研究前沿。
藻类-细菌共生系统（ABS）最早由Oswald William在1967年提出（Golueke等人，1967年）。细菌和藻类之间的互利物质交换建立了互惠的生态伙伴关系（Huang等人，2025年）。微藻通过光合作用产生氧气，避免了耗能高的曝气过程，而细菌通过消耗溶解氧并分泌促进生长的辅因子（如生物素、钴胺素、硫胺素）来提高资源利用效率（Kishi等人，2023年）。在碳和氮转化方面，微藻将CO2转化为有机物进行储存，多物种氮代谢协同提高了氮去除效率（Du等人，2025年）。这种生态互补性使ABS成为实现碳中和废水处理的平台。近期研究强调了该系统在苯胺修复方面的潜力。（Chen等人，2024年）证明了ABS能够同时降解苯胺并去除氮；（He等人，2025年）在高苯胺浓度（600.0 mg/L）下实现了持续的氮去除和曝气能耗的降低。然而，高浓度的苯胺会抑制底物传输，延缓反应启动，同时苯胺的生物毒性会破坏絮体稳定性和形成。
为了克服这些限制，将藻类-细菌联合体与电刺激生物反应器结合成为了一种变革性策略。例如，弱电场增强型系统促进了藻类和细菌之间的动态协同作用。藻细胞有效吸收电化学产生的氮化合物（Oon等人，2025年），而光合作用产生的氧气促进了阴极还原反应，形成了协同的污染物去除机制（Luo等人，2018年）。值得注意的是，电刺激加速了物种间的代谢物交换，减少了毒物的滞留，并减轻了生物催化抑制。同时，在电场作用下，细菌产生的生物絮凝剂（如细胞外聚合物物质（EPS）和蛋白质）促进了强大的藻类-细菌絮体形成（Oon等人，2025年）。这种电生物学耦合不仅解决了传统ABS的固有瓶颈，还开创了节能、自维持的苯胺处理方法。
在弱电场刺激下优化ABS性能，精确调控微生物生态过程至关重要。微藻通过吸收铵离子进行固氮，而反硝化菌通过铵氧化竞争无机氮，形成了动态的营养竞争网络（Cho等人，2022年）。这种相互作用增加了系统的复杂性和不确定性。目前，弱电场如何增强深度反硝化作用、其对生态过程的定量影响及其在固氮中的作用仍不清楚。为了解决这些问题，开发了一种电增强型ABS系统（E-ABS）来研究弱电场驱动的固氮机制。结合电化学表征和微生物酶活性分析，采用了包含系统发育（bMPD）和分类学（RCbray）多样性的零模型来解析群落组装机制（Ning等人，2020年）。基于Levins指数的生态位重叠指数（NOI）量化了微生物对环境梯度和物种间竞争强度的响应策略。最后，使用15N同位素追踪技术量化了电极生物膜对藻类-细菌协同固氮的定量贡献。本研究旨在：（1）揭示苯胺降解和氮去除通过电化学氧化-生物固氮耦合的分子机制；（2）量化固氮的贡献并阐明电场增强固氮途径；（3）揭示电场刺激下的生态过程变化和微生物群落重构。本研究为下一代苯胺污染物处理生物强化策略提供了基础性见解。
