新型溴代阻燃剂好氧模拟生物降解的系统构建与机制解析

针对新型溴代阻燃剂(NBFRs)环境持久性及健康风险问题，研究人员基于中国活性污泥工艺构建好氧模拟降解系统，优化HRT(9?h)和MLSS(3.5?g·L?1)参数，揭示TBPH(16.78%)、TBC(35.76%)、TBPAE(64.99%)的降解规律，通过非靶向筛查和宏基因组分析发现脱溴/水解途径及Rhodanobacter等关键菌株，为评估NBFRs环境归趋提供首个系统性解决方案。

　　

随着电子产品、汽车材料等易燃物需求激增，溴代阻燃剂(BFRs)作为高效廉价的添加剂被广泛应用。然而传统BFRs如多溴联苯醚(PBDEs)因被列为持久性有机污染物(POPs)面临全球淘汰，其替代品新型溴代阻燃剂(NBFRs)产量以每年80%速度增长，中国DBDPE年产量已达1.2万吨。这些物质通过生产、使用等环节持续释放，在电子垃圾拆解区灰尘中TBPH浓度高达17,600?ng·g^?1，长江三角洲沉积物中检出3.1?ng·g^?1，甚至在香港水域80%海豚体内发现蓄积。更严峻的是，污水处理厂成为NBFRs重要汇集点，德国污泥中DBDPE浓度达216?μg·kg^?1，但现有处理工艺对其降解效率低下，传统BFRs降解菌株Sphingomonas对高溴代NBFRs几乎无效，亟需开发针对性降解技术。

国家自然科学基金资助的研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，建立基于中国活性污泥工艺的好氧模拟系统，通过优化HRT和MLSS参数，结合非靶向筛查与宏基因组学，首次系统解析TBPH、TBC、TBPAE的降解机制。关键技术包括：1)模拟污水处理厂构建连续流反应器；2)采用OECD 301F/302C标准评估降解性；3)LC-QTOF-MS非靶向筛查降解产物；4)Illumina测序分析微生物群落；5)KEGG注释功能基因。

材料与方法
研究选取TBPH、TBC、TBPAE三种典型NBFRs，参照中国污水处理厂实际参数，通过对比五类苯胺/酚类化合物的降解率验证方法可靠性，最终确定HRT=9?h、MLSS=3.5?g·L^?1为最优条件。

降解效率分析
60天实验显示三类NBFRs降解率呈显著差异：TBPAE(64.99%)>TBC(35.76%)>TBPH(16.78%)，表明分子结构直接影响降解性，其中TBPAE的烯丙基醚键更易水解。

降解途径解析
非靶向筛查发现脱溴产物如二溴代中间体，证实初始降解以好氧脱溴为主，后续伴随水解开环。宏基因组揭示Rhodanobacter为优势菌属，其携带的卤代酸脱卤酶基因与降解效率正相关。

讨论与结论
该研究首次阐明NBFRs好氧降解的两大核心机制：1)氧化脱溴启动反应，溴原子数量决定速率；2)水解酶系完成最终矿化。相比传统BFRs降解菌，Rhodanobacter对高溴代NBFRs展现特殊适应性，其功能基因库为工程菌构建提供靶点。成果不仅填补了NBFRs生物降解理论空白，更为污水处理厂工艺优化提供科学依据，对管控这类"新兴POPs"的环境风险具有里程碑意义。