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为解决污水中六溴环十二烷（HBCD）及营养物的去除难题，研究人员构建厌氧连续搅拌釜式反应器（CSTR）系统开展研究。结果显示该系统 72h 内 HBCD 降解率达 100% ，营养物去除达标。此研究为污水治理提供新方案，意义重大。
在当今社会，环境问题日益严峻，其中污水中的污染物对生态和人类健康构成了巨大威胁。六溴环十二烷（HBCD）作为一种持久性有毒溴化阻燃剂，凭借其生物累积性和内分泌干扰效应，在环境中肆意扩散。它不仅广泛存在于各类环境基质中，在工业废水里的浓度可达 0.5 - 50μg/L，在污泥和沉积物中的浓度更是能超出水相 10 - 100 倍，最高可达 320μg/kg，这无疑给人类健康埋下了一颗 “定时炸弹”。传统的污水处理方法在面对 HBCD 这类顽固的有机卤化物时，往往显得力不从心，无法高效去除，导致环境风险持续攀升。
在此背景下，为了攻克这一难题，来自国内的研究人员积极投身研究。他们巧妙地构建了一种厌氧连续搅拌釜式反应器（CSTR）系统，将改性纳米零价铁（nZVI）与功能菌株柠檬酸杆菌（Citrobacter）sp. Y3 相结合，致力于解决复杂水质条件下 HBCD 的高效去除与矿化、改性纳米材料对活性污泥功能微生物群落的定向调控机制，以及通过多微生物协同代谢网络实现共污染物深度净化这三大关键工程挑战。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在样本采集上，收集了实际生活污水和含 HBCD 废水，以及来自广州猎德污水处理厂的活性污泥。分析方法涵盖了多种先进技术，如利用液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）分析 HBCD 浓度，通过扫描电子显微镜（SEM）结合能量色散 X 射线光谱（EDS）观察微生物形态和元素组成变化，借助 DNA 和 RNA 提取及测序技术，并利用宏基因组组装、分类学和功能注释等手段，深入探究微生物群落结构和功能变化。
研究结果令人瞩目。在反应器去除性能方面，实验反应器展现出卓越的能力，24h 内 HBCD 降解率达 98% ，COD 去除率为 95.6% ，72h 时 HBCD 实现完全降解，远超对照反应器。同时，该反应器对氮、磷污染物的去除效率极高，TN 去除率达 81.2±3.5% ，NH3-N 为 89.1±2.8% ，TP 为 93.4±1.2% ，均远超对照值和国家排放标准，且降解后 HBCD 的生态风险显著降低。
微生物形态观察发现，在反应器运行初期，nZVI/OMt 和 Y3 菌株分散在活性污泥中；72 - 144h 时，Y3 菌株大量增殖成为优势微生物；而在 216 - 360h，活性污泥絮体结构变松散变小，nZVI/OMt 中的 Fe0逐渐被氧化为铁氧化物。
微生物群落结构分析表明，Proteobacteria、Actinobacteriota、Bacteroidota 和 Firmicutes 是主要的优势菌门，其中 Proteobacteria 在初始和末期均占主导地位，与 HBCD 的高去除效率密切相关。在属水平上，Acidovorax、Acinetobacter、Pseudomonas 和 Citrobacter 等为优势类群，部分菌属丰度的变化与污染物降解、电子传递等功能紧密相连，同时微生物群落的物种多样性在运行过程中有所减少，暗示着 specialist degraders 的选择性富集。
代谢途径和功能基因调控的研究显示，CSTR 运行过程中存在动态的转录重编程。在不同阶段，代谢过程呈现出明显的差异，从初期的原核生物碳固定、细菌趋化和 TCA 循环主导，到中期的氧化磷酸化、脂肪酸代谢和肽聚糖生物合成增强，再到后期氮代谢和赖氨酸生物合成途径的显著变化，这些变化反映了微生物群落为适应环境而进行的代谢策略调整。
关键代谢途径的重建揭示了污染物去除的机制。nZVI/OMt 与功能菌株协同作用，一方面 nZVI/OMt 直接降解 HBCD 为低溴代中间体，功能菌株再将其代谢为无害产物；另一方面，nZVI/OMt 通过电子转移加速污染物转化。同时，活性污泥中的其他微生物，如有机卤呼吸细菌（OHRB）和铁还原细菌（IRB）也参与其中，共同实现了 HBCD、COD、氮和磷的高效去除。
综合研究结论和讨论部分，该研究构建的厌氧 CSTR 系统取得了突破性进展。它在 72h 内实现了水相中 HBCD 的完全降解，去除效率远超传统系统；通过多组学分析，揭示了菌株 Y3、IRB 和 OHRB 之间的协同机制，nZVI/OMt 通过电子转移激活了相关的脱卤酶基因，IRB 则通过 Fe (III)/Fe (II) 循环再生材料的反应活性，从而实现了污泥结合态 HBCD 的同步降解；该系统还实现了高效的营养物去除，显著富集了具有脱卤、反硝化和除磷功能的微生物群落。与传统工艺相比，该系统通过双相 HBCD 降解消除了污泥处置过程中的二次污染风险，为《斯德哥尔摩公约》规定的持久性有机污染物（POPs）控制提供了可扩展的解决方案。这一研究成果成功地将基础研究与工程实践相结合，开创了纳米材料 - 微生物协同作用在实际废水处理场景中的应用先河，为污水处理厂的升级改造提供了模块化、适应性强的技术框架，在可持续水处理和整个行业的绿色转型方面展现出了巨大的潜力，有望引领未来污水处理技术的发展方向，为守护地球水环境贡献重要力量。
