解析医院废水高负荷城市污水处理的微生物群落组成与演替：好氧颗粒污泥技术的效能与机制

本研究针对含高浓度药物化合物(PhACs)的医院废水处理难题，创新性采用好氧颗粒污泥(AGS)技术，系统探究了其对有机质(97%去除率)、氮(85%)及卡马西平(60-85%)等药物的去除效能。通过宏基因组分析揭示了内源微生物与颗粒生物膜的竞争机制，证实AGS能有效抑制病原菌扩散，为复杂废水处理提供了微生物群落调控新策略。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂面临两大严峻挑战：空间限制与日益复杂的污染物组成。医院废水作为"超级污染物"的潜在源头，其富含的抗生素、抗抑郁药等药物活性化合物(PhACs)浓度可达10^-3-10^-6 mg/L，传统活性污泥法难以有效降解。更棘手的是，这类废水中携带的抗生素抗性基因(ARGs)可能通过微生物群落扩散，构成公共卫生威胁。西班牙研究团队在《Chemosphere》发表的研究，首次系统评估了好氧颗粒污泥(AGS)技术处理高药物负荷城市污水的综合效能。

研究采用序批式反应器(SBR)连续运行120天，以真实医院-城市混合污水为处理对象，结合高通量测序和LC-MS/MS分析技术。关键创新在于同步监测了细菌/真菌群落动态与21种PhACs的去除关联性，并引入医院污水特异性微生物标记物追踪体系。

【Bioreactor description, start-up and operation】
7.7L SBR反应器通过180分钟曝气/3分钟沉降的周期运行，6小时水力停留时间下成功培育出2-5mm的AGS。接种40天后颗粒尺寸稳定在2mm，污泥体积指数(SVI₃₀)降至35 mL/g，证实形成高密度生物膜结构。

【Physic-chemical performance of AGS】
AGS对COD、TSS和TN的去除率分别达97%、90%和85%。药物去除呈现明显分级：环磷酰胺(70%)和甲氧苄啶(70%)易降解，而双氯芬酸表现出顽固性。值得注意的是，医院废水占比超过30%时，颗粒的胞外聚合物(EPS)分泌量增加2.3倍。

【Microbial community dynamics】
启动期医院源微生物(如Enterobacteriaceae)占比达28%，成熟期降至3%以下。颗粒核心菌群Saccharibacteria丰度提升15倍，与丝状真菌Aspergillus形成共生结构。真菌群落需60天才能稳定，比细菌延迟30天。

【Conclusions】
该研究突破性地揭示了三点机制：(1)AGS分层结构创造的多重氧化还原态是药物共代谢的关键；(2)医院源微生物通过群体感应(QS)影响颗粒稳定性；(3)真菌-细菌生物膜协同提升对卡马西平等顽固药物的降解。研究成果为设计抗冲击负荷的智能污水处理系统提供了理论依据，尤其对医疗废水集中处理具有重要指导价值。