生物膜载体在IFAS系统中对磺胺甲恶唑去除及微生物适应性策略的作用机制研究

《Bioresource Technology》：Role of biofilm carriers in sulfamethoxazole removal and microbial adaptation strategies in integrated fixed-film activated sludge system

本综述系统评估了铁碳（Fe@C）、颗粒活性炭（GAC）、陶瓷（CE）和聚氨酯（PU）四种生物膜载体在IFAS（集成固定膜活性污泥）系统中对磺胺甲恶唑（SMX）的去除效能及抗生素抗性基因（ARGs）扩散风险。研究发现GAC载体通过其高比表面积和孔隙结构促进SMX降解菌（如Thauera）定殖，形成多功能生物膜系统，同时抑制水平基因转移（HGT）关键移动遗传元件（MGEs），为废水处理中抗生素去除与抗性风险控制提供新策略。

　　

Highlight

四种生物膜载体系统（铁碳、颗粒活性炭、陶瓷和聚氨酯）在IFAS（集成固定膜活性污泥）系统中展现出不同的磺胺甲恶唑（SMX）去除性能。其中GAC（颗粒活性炭）和Fe@C（铁碳）系统表现尤为突出。

SMX removal performance across biofilm carrier systems

图1a展示了各生物膜载体系统在稳态下的SMX去除效率。GAC系统实现了近乎完全的SMX去除（>99.0%）。Fe@C系统（63.8% ± 9.8%）和CE（陶瓷）系统（49.8% ± 28.3%）的去除效率显著较低（p < 0.05），但仍远高于BK（空白）系统（21.5% ± 13.1%）（p < 0.05）。PU（聚氨酯）系统的出水浓度（0.83 ± 0.12 mg/L）与BK系统相比无显著差异（p > 0.05）。

实验结束后对载体吸附SMX的分析显示，GAC和Fe@C载体上吸附的SMX含量（分别为7.9 μg/g和5.3 μg/g）显著高于CE（0.6 μg/g）和PU（0.4 μg/g）载体（p < 0.05）。这表明GAC和Fe@C载体通过吸附和生物降解的协同作用有效去除了SMX。

Conclusion

本研究表明，生物膜载体的选择通过塑造独特的微生物生态位，决定了抗生素去除与抗菌素耐药性风险之间的权衡。GAC和Fe@C凭借其结构优势，特别是高比表面积和孔隙率，实现了优异的SMX去除效果。这些特性促进了稳定且功能复杂的微生物群落的形成，同时有利于潜在SMX降解类群（如Thauera）的富集。