复合人工湿地系统对微污染物的高效去除机制与微生物群落调控研究

针对传统污水处理厂对微污染物(MPs)去除效率低、能耗高的问题，广州暨南大学团队通过六种复合人工湿地(HCWs)配置比较，揭示了垂直流(VF)-水平流(HF)-表面流(SF)组合对25种MPs（含抗生素、新烟碱类、邻苯二甲酸酯(PAEs)）的去除规律，发现初始VF单元可塑造优势菌群Proteobacteria并提升溶解氧(DO)驱动的降解效能，为构建低耗高效生态处理系统提供理论依据。

　　

随着城市化进程加速，生活污水中抗生素、新烟碱类杀虫剂和邻苯二甲酸酯(PAEs)等微污染物(MPs)的持续检出引发严重环境健康隐患。这类物质不仅在水体中长期残留，更可能通过诱导抗生素耐药基因(ARGs)、破坏生态链关键物种（如传粉昆虫）以及干扰内分泌系统等途径威胁公共安全。尽管传统污水处理厂(WWTPs)能有效处理常规污染物，但其对ng/L~μg/L级MPs的去除效率有限且能耗居高不下。在此背景下，暨南大学环境学院团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，通过创新设计六种复合人工湿地(HCWs)系统，首次系统解析了不同水流配置对MPs去除的增效机制及微生物驱动原理。

研究采用高通量测序、共现网络分析和环境因子关联模型等关键技术，以校园生活污水为处理对象（含25种目标MPs），对比了VF-HF-SF等组合工艺的效能差异。通过监测进出水MPs浓度、微生物群落结构及溶解氧(DO)等参数，揭示了配置顺序对处理效果的级联影响。

Pilot-scale HCW systems
六组HCWs均采用不锈钢容器串联构建，通过调整垂直流(VF)、水平流(HF)和表面流(SF)的排列顺序形成差异化处理链。VF单元以砾石-沸石-石英砂为基质，HF采用粗砂-砾石分层，SF则种植芦苇等水生植物，各单元水力停留时间(HRT)经精确控制。

Influent and effluent concentrations of MPs
进水检测显示PAEs浓度最高（邻苯二甲酸二乙酯达13,071.67 ng/L），氟喹诺酮类抗生素和短链PAEs去除率超80%，而新烟碱类仅11.4-61.4%。关键发现是MPs疏水性(log Kow)与去除效率呈非线性关系：当log Kow<4时效率随值增大而提升，但过高疏水性反导致去除率下降。

Conclusions
VF-HF-SF配置(HCW1)表现最优，其首段VF单元通过富集Proteobacteria（占比64.7%）和形成高模块化微生物网络，显著提升DO依赖型降解途径。共现网络分析揭示微生物协作关系占主导，其中Rhodocyclaceae、Xanthomonadaceae等关键菌属与MPs降解呈强正相关。该研究为优化"前端好氧-后端厌氧"的HCWs工艺链提供了理论支撑。

这项工作的创新性在于阐明配置顺序通过调控菌群互作网络影响MPs去除的机制，特别是首段VF单元对DO敏感型降解菌的筛选作用。相比传统单一湿地，HCWs通过功能单元组合可实现抗生素与PAEs的协同去除，为发展低能耗、易维护的分布式处理系统提供了重要范式。未来研究可进一步探索特定菌群对难降解新烟碱类物质的代谢通路。