生物炭强化枯草芽孢杆菌灭活铜绿微囊藻的效能与机制研究

针对有害藻华(HABs)治理难题，本研究创新性地开发了基于生物炭(SBC)与枯草芽孢杆菌(BA)的复合系统，通过多孔结构吸附与微生物协同作用，8天内实现92%叶绿素a去除率，且循环4次仍保持85%效率，为绿色高效藻类控制提供了新策略。

　　

随着全球温室效应加剧和水体富营养化问题日益严重，藻类爆发性繁殖形成的"绿色瘟疫"——有害藻华(HABs)已成为威胁水生态安全的全球性难题。铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为常见蓝藻，不仅通过消耗水中溶解氧破坏生态平衡，其分泌的藻毒素更直接危及饮用水安全。传统物理打捞效率低下，化学药剂如CuSO₄
、O₃
等又存在二次污染风险，而单纯微生物法需10-15天才能见效。如何构建高效、绿色且可工程化应用的藻类控制技术，成为环境领域亟待突破的科学瓶颈。

针对这一挑战，湖南大学等机构的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新成果，通过将颗粒活性炭(GAC)和成型生物炭(SBC)与微生物菌剂(BA/EA)复合，开发出兼具高效性与可持续性的藻类灭活系统。研究采用非织造布包埋技术实现材料定向回收，通过对比单/复合系统性能，发现SBC-BA组合在8天内实现92.1%叶绿素a去除率，且循环使用4次后效率仍达85%。机制研究表明，生物炭的多孔结构不仅为枯草芽孢杆菌提供附着位点，更通过促进藻细胞絮凝和电子转移强化了微生物的间接溶藻作用。

关键技术方法包括：1) 构建GAC/SBC与BA/EA/KHSO₅
的单/复合处理系统；2) 采用非织造布包埋实现材料回收；3) 通过叶绿素a检测评估藻类灭活效率；4) 结合显微观察和代谢分析揭示作用机制。

主要研究结果

1. 材料与试剂筛选：对比颗粒活性炭(GAC2)与成型生物炭(SBC2)的性能，发现椰子壳基SBC因其更大比表面积和丰富官能团，对BA的增效作用显著优于煤基GAC。

2. 系统构建与优化：SBC2-BA复合系统在pH=7、25℃条件下表现最优，8天藻类去除率达92%，远超单一BA系统(65%)，且循环稳定性突出。

3. 作用机制解析：

   • 直接作用：BA通过接触破坏藻细胞壁；
   • 间接途径：生物炭吸附BA分泌的溶藻酶，形成"微反应器"加速藻类分解；
   • 协同效应：SBC促进藻细胞聚集并作为电子穿梭体，加速BA代谢活性。

结论与意义
该研究首次将成型生物炭与枯草芽孢杆菌协同应用于藻类控制，突破传统生物法效率低的限制。其创新性体现在：1) 开发可回收的SBC-BA复合系统，解决生物炭应用中的流失难题；2) 揭示"吸附-生物降解"协同机制，为类似研究提供理论框架；3) 叶绿素a去除率较单一BA提升40%，且成本仅为化学法的1/3。研究成果不仅为饮用水源藻类污染治理提供新技术，更推动环境功能材料与微生物协同技术的交叉创新，对实现"双碳"目标下的水环境治理具有重要实践价值。