静态磁场强化气升式两相分配生物反应器净化气态正己烷的机制研究

为解决疏水性VOCs（挥发性有机化合物）生物降解效率低的问题，研究人员创新性地将静态磁场（SMF）引入两相分配生物反应器（TPPB），显著提升了模型污染物正己烷（n-hexane）的降解效率。在20 mT优化强度下，SMF使Pseudomonas HY-4菌株的降解效率提升至93%（对照组82%），并揭示了SMF通过增强细胞疏水性、电子传递链活性和功能菌丰度的协同作用机制。该研究为疏水性废气的高效生物处理提供了新策略。

　　

随着工业发展，挥发性有机化合物（VOCs）污染已成为威胁人类健康和生态环境的严峻问题。其中，疏水性VOCs如正己烷（n-hexane）因气液传质效率低、微生物降解能力有限，传统生物处理技术难以高效去除。两相分配生物反应器（TPPB）通过引入非水相（NAP）加速传质，但针对高疏水性污染物的降解效率仍不理想。如何突破这一瓶颈，成为环境工程领域的研究热点。

浙江某制药企业污水处理厂的活性污泥中分离出多株正己烷降解菌（如Pseudomonas mendocina NX-1、Pseudomonas sp. HY-4等），研究人员发现静态磁场（SMF）能显著改变微生物的代谢特性。通过构建气升式TPPB反应器，在20 mT SMF作用下，Pseudomonas HY-4对540 mg·m^?3
正己烷的去除率（RE）从82%提升至93%，且保持抗冲击负荷能力。机制研究表明，SMF通过三重效应协同增效：一是增强细胞表面疏水性，促进污染物从液相向微生物相的传质；二是将电子传递链活性提升10.3%，加速代谢过程；三是显著富集正己烷降解功能菌（如Rhodococcus和Pseudomonas）。

关键技术方法
研究采用气升式TPPB反应器，以硅油为非水相介质，通过磁感应强度调节系统施加0-50 mT SMF；利用紫外分光光度法测定正己烷浓度，流式细胞术分析细胞疏水性，高通量测序解析微生物群落结构；通过测定NADH/NAD⁺
比值和ATP酶活性评估电子传递链功能。

主要研究结果

1. 菌株优化：SMF对6株降解菌的促进效应差异显著，Pseudomonas HY-4在20 mT下表现最优，降解速率提升38.5%。
2. 反应器性能：SMF-TPPB系统在5天内实现93% RE，较对照组提高11个百分点，且对负荷波动（300-800 mg·m^?3
   ）保持稳定。
3. 机制解析：SMF使细胞接触角增大15°，疏水性蛋白表达量上升；电子传递链关键酶（如细胞色素c氧化酶）活性增强；功能菌Pseudomonas相对丰度从12.7%增至24.3%。

结论与意义
该研究首次将SMF技术与TPPB耦合，突破了疏水性VOCs生物处理的效率瓶颈。SMF通过物理-生物协同效应，同步优化了传质-代谢-菌群三大环节，为开发低能耗、高适应性的废气处理工艺提供了新思路。论文成果发表于《Process Biochemistry》，对实现中国"十四五"VOCs减排目标具有重要参考价值。