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为探究微塑料（MPs）对人工湿地（CW）及不同构型人工湿地微生物燃料电池（CW-MFC）的影响，研究人员引入四种混合 MPs。发现植栽 CW-MFC 的 MP 去除率达 96.7%、功率密度 14.90 mW?m?2，且 MP 对 COD 去除影响小，但抑制 NH??-N、TN 去除，该研究为 CW-MFC 应用提供参考。
微塑料（MPs）作为一种新兴污染物，正悄然入侵全球各类水体环境。这些直径小于 5 毫米的塑料颗粒，通过塑料产品降解、工业农业排放等途径涌入污水处理厂。尽管传统工艺能去除 80% 以上的 MPs，但高流量处理下仍有大量残留随出水进入自然水体。MPs 凭借化学稳定性强、易吸附其他污染物等特性，不仅威胁水生生态系统，还可能通过食物链影响人类健康。然而，其对人工湿地（CW）及人工湿地微生物燃料电池（CW-MFC）这类新型污水处理系统的影响，尤其是微生物群落和系统功能的交互作用，尚缺乏深入研究。
为填补这一空白，国内研究团队开展了相关研究，其成果发表在《Bioelectrochemistry》。研究聚焦于四种常见 MPs（聚乙烯 PE、聚丙烯 PP、聚苯乙烯 PS、聚氯乙烯 PVC）的混合污染场景，对比分析了植栽与无植栽、CW 与 CW-MFC 等不同系统构型下的污染物去除效率、产电性能及微生物响应机制，旨在揭示 MPs 对这类生态化污水处理技术的潜在威胁与作用规律。
研究主要采用实验室规模的反应器构建技术，设置四组装置：植栽 CW-MFC（CW-MFC1）、无植栽 CW-MFC（CW-MFC2）、植栽 CW（CW1）、无植栽 CW（CW2）。反应器内部按分层填充支撑层、阳极层、中间层和阴极层，通过模拟含 MPs 废水的连续运行，监测 MPs、化学需氧量（COD）、氨氮（NH??-N）、总氮（TN）、总磷（TP）的去除效率，同步记录产电功率密度，并利用微生物群落分析技术（如高通量测序）解析功能菌群的变化。
MPs 去除效果
实验数据表明，MPs 去除效率呈现显著差异：CW-MFC1（96.7%）＞CW-MFC2（95.0%）＞CW1（91.2%）＞CW2（84.9%）。统计分析显示，植栽系统的 MPs 去除率显著高于无植栽系统（P＜0.05），而 CW-MFCs 的表现优于传统 CW（P＜0.05）。这表明植物根系的拦截作用与微生物燃料电池的电化学反应协同提升了 MPs 捕获能力，尤其是植栽 CW-MFC 的复合优势显著。
对污染物去除的影响
MPs 对 COD 去除影响较小，但 NH??-N 和 TN 的去除效率受到显著抑制，与无 MPs 条件相比，TN 去除率下降约 20%。TP 去除率则呈现先降后升的趋势，最终略低于初始水平。植物生理指标显示，叶片叶绿素含量降低，表明 MPs 胁迫对植物生长造成负面影响，进而可能削弱其对氮磷的吸收能力。
微生物群落与产电性能
微生物分析揭示，变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Patescibacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）是参与脱氮的优势菌门。在植栽系统中，脱氮菌属如 Denitratisoma、Sulfuritalea 和 Endomicrobium 富集，而 CW-MFCs 中则以地杆菌属（Geobacter）和 Candidatus Falkowbacteria 为主导。其中，Geobacter 与产电密切相关，其丰度增加使得植栽 CW-MFC 的功率密度达 14.90 mW?m?2；但 MPs 通过抑制 Denitratisoma 等关键脱氮菌，导致脱氮功能受损。这一 “双刃剑” 效应表明，MPs 在促进电活性细菌富集的同时，干扰了氮循环功能菌群的代谢活动。
结论与意义
本研究首次系统评估了混合 MPs 对 CW-MFCs 的多重影响，发现植栽 CW-MFC 在 MPs 去除与产电性能上表现最优，但氮磷去除受 MPs 抑制显著。微生物层面的机制解析表明，MPs 通过调控功能菌群（如电活性细菌与脱氮菌）的丰度，重塑了系统的物质循环与能量代谢。研究结果不仅深化了对 MPs 污染下生态 - 电化学耦合系统响应机制的认识，也为优化 CW-MFCs 的抗污染设计提供了新方向，例如通过筛选耐 MPs 植物品种或强化电活性菌群定植，平衡污染物去除与产电性能。未来研究可进一步拓展至长期运行下 MPs 的迁移转化规律及多污染物协同效应，为该技术的实际应用奠定更坚实的理论基础。
