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为探究轮胎微塑料（TMPs）对好氧颗粒污泥（AGS）系统的影响，研究人员通过不同浓度 TMPs（50-500 mg/L）处理 AGS，发现其未影响 COD 和磷去除，500 mg/L 时总氮去除显著提升，还改变微生物组成与代谢潜力，为废水处理和污泥管理提供参考。
在现代工业化进程中，微塑料污染已成为全球水环境面临的新兴挑战。轮胎微塑料（TMPs）作为城市环境中微塑料的重要来源，其通过道路磨损、雨水径流等途径大量进入污水处理厂（WWTPs）。然而，TMPs 对污水处理核心工艺 —— 好氧颗粒污泥（AGS）系统的影响机制却长期处于 “知识盲区”。AGS 凭借高效的污染物去除能力、紧凑的运行结构和较强的抗冲击负荷特性，被视为传统活性污泥工艺的理想替代技术。但 TMPs 是否会干扰 AGS 的污染物去除效率、破坏颗粒结构稳定性，以及如何影响微生物群落的组成与功能，这些问题直接关系到 AGS 技术的实际应用与推广。
为填补这一研究空白，来自波兰卢巴瓦污水处理厂等机构的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Emerging Contaminants》。研究通过模拟不同 TMPs 污染水平（50、100、250、500 mg/L），系统评估了 TMPs 对 AGS 的污染物去除性能、污泥特性、酶活性及微生物组的影响，旨在揭示 TMPs 与 AGS 系统的相互作用机制，为含微塑料废水的处理工艺优化提供科学依据。
研究采用颗粒序批式反应器（GSBRs）模拟 AGS 工艺，以合成市政废水为处理对象，引入不同浓度的 TMPs（粒径≤300 μm）。通过 505 个周期的长期运行，结合理化分析（如 COD、总氮（TN）、总磷（TP）测定）、分子生物学技术（16S rDNA 测序、宏基因组预测）和酶活性检测（脱氢酶活性分析），深入解析 TMPs 对 AGS 系统的多重影响。
3.1 COD 和 TP 去除
研究发现，尽管 TMPs 暴露贯穿整个实验周期（1-505 个周期），但各反应器的 COD 去除效率始终保持在 70% 以上，稳定运行阶段（208-505 周期）均超过 80%，且与对照组无显著差异。这表明 AGS 系统对 TMPs 具有较强的耐受性，其微生物群落的代谢多样性可有效维持有机物降解功能。
TP 去除效率在实验初期波动较大，但稳定后维持在 60%-75%。值得注意的是，TMPs 浓度与 TP 去除效率呈弱正相关（r=0.26）。推测 TMPs 的多孔结构可能促进了磷的吸附，同时其释放的有机物可能为聚磷菌提供了额外碳源，从而间接提升除磷效果。
3.2 氮化合物去除
TMPs 对氮代谢的影响呈现浓度依赖性。在 500 mg/L 时，TN 去除效率较对照组提升约 9%，达到 75.8%。进一步分析发现，高浓度 TMPs 促进了 AGS 内部微氧环境的形成，外层好氧区支持氨氧化过程，内层缺氧区则有利于反硝化作用，这种 “同步硝化 - 反硝化” 模式显著提升了氮去除效率。此外，微生物群落中与氮代谢相关的氢噬菌属（Hydrogenophaga）丰度增加，其高效的氮转化能力也对 TN 去除提升起到关键作用。
3.3 生物量特性
TMPs 的物理特性对 AGS 结构产生显著影响。随着 TMPs 浓度升高，污泥中大于 710 μm 的颗粒几乎消失，而 90-355 μm 的颗粒比例增加，污泥体积指数（SVI30）显著降低，表明 TMPs 的机械混合作用改善了污泥沉降性能，但并非通过促进微生物成粒实现，而是由于 TMPs 自身密度较高（达 2.5 g/cm3），导致生物量机械增重。然而，高浓度 TMPs（250、500 mg/L）也导致出水总悬浮固体（TSS）增加，暗示颗粒结构稳定性受损，这可能与 TMPs 嵌入生物量导致的颗粒破碎有关。
3.4 酶活性与微生物群落
脱氢酶活性是反映微生物代谢活性的关键指标。暴露于 TMPs 的 AGS 脱氢酶活性较对照组最高提升 10 倍，这既可能源于微生物对 TMPs 释放污染物的代谢响应，也可能是活性氧（ROS）诱导的应激反应。微生物组分析显示，TMPs 促进了塑料降解菌（如 Ideonella、Rhodobacter、Xanthobacter、Hydrogenophaga）的富集，这些菌群不仅具备降解橡胶相关酯键的能力，还参与氮磷代谢过程。同时，抗生素抗性基因（如 cmd、marR）的丰度增加，提示 TMPs 可能加剧抗性基因的传播风险。
3.5 代谢通路与功能预测
宏基因组分析表明，TMPs 暴露显著改变了 AGS 微生物的代谢潜力。与氮固定相关的固氮酶基因（nifD、nifK、nifE）、聚磷合成相关的 ppk1 基因，以及硫代谢和酯键降解相关的水解酶基因丰度均随 TMPs 浓度升高而增加。这表明微生物通过上调特定代谢通路，适应 TMPs 带来的化学压力，并增强对复杂污染物的降解能力。
本研究首次系统揭示了 TMPs 对 AGS 系统的双重效应：一方面，高浓度 TMPs 通过物理混合改善污泥沉降性，并通过优化微生物代谢提升氮去除效率；另一方面，TMPs 的生物累积（500 mg/L 时占生物量超 50%）会破坏颗粒结构完整性，增加污泥处理难度，并可能引发抗性基因扩散等环境风险。研究结果为 AGS 技术在微塑料污染废水处理中的应用提供了重要依据，提示需优化污泥排泥策略以控制 TMPs 累积，并加强对微生物功能菌群的定向调控，以平衡污染物去除与生态安全。未来研究可进一步探索 AGS 与生物强化技术的结合，以提升对微塑料及其衍生物的降解效率，推动污水处理工艺的绿色可持续发展。
