活性污泥微生物群落对羧甲基纤维素生物降解的机制研究：从标准筛选到环境模拟的定量评估

为解决水溶性聚合物(WSPs)在废水处理系统中的环境归趋问题，研究人员通过OECD 301B筛选试验和OECD 314B模拟试验，系统评估了取代度(DS)0.65的羧甲基纤维素(CMC)在活性污泥中的生物降解行为。研究发现CMC 0.65在模拟环境中矿化速率高达1.6 h-1，DOC去除率82±1%，揭示了标准筛选试验可能低估聚合物实际降解潜力，为完善聚合物环境风险评估方法提供了重要依据。

　　

随着欧盟化学品法规将聚合物纳入监管范围，全球对材料环境持久性的关注度持续升温。水溶性聚合物(WSPs)如羧甲基纤维素(CMC)广泛用于洗涤剂和个人护理产品，最终通过污水系统进入环境。尽管CMC被认为可生物降解，但现有标准测试方法（如OECD 301B）因严苛条件可能导致假阴性结果，且难以准确预测实际环境中的降解速率。这一矛盾促使研究者深入探索更贴近真实环境的评估方法。

为解决这一难题，来自Procter & Gamble等机构的研究团队在《Science of The Total Environment》发表重要成果。他们选取DS 0.65的CMC为研究对象，通过创新性地结合放射性标记技术(³H-CMC)和多种测试体系，首次系统量化了不同实验设计对CMC生物降解评估的影响。研究采用四大关键技术：1) 标准OECD 301B测试监测CO₂生成；2) 改良DOC去除分析法；3) 放射性同位素示踪技术追踪³H₂O生成；4) OECD 314B模拟试验结合凝胶渗透色谱(GPC)与固体闪烁计数(SSC)分析降解产物。所有试验均采用美国俄亥俄州三家污水处理厂(Sycamore、Fairfield、Taylor Creek)的活性污泥作为接种源。

在"3.1 OECD 301B-CO₂研究"部分，数据显示CMC 0.65在标准测试中矿化缓慢，28天仅达46.7%，需延长至70天才能达到63.7%。"3.2 DOC去除研究"则揭示改良方法通过提高接种物/测试物比例(5.6:1 vs 0.5:1)，使DOC去除率在28天显著提升至82±1%，证明测试设计对结果具有决定性影响。

"3.3 OECD 301B-³H₂O研究"通过放射性标记技术验证了CMC 0.65的最终矿化程度(72.2%)，而"3.4 OECD 314B活性污泥模拟研究"取得突破性发现：在真实环境浓度(63 μg/L)下，CMC 0.65矿化速率高达1.6 h^-1，6小时即降解>60%。GPC-SSC分析进一步显示，聚合物在10分钟内就开始解聚为低分子量寡聚体，初级降解速率达5.0 h^-1。

这项研究的重要意义在于首次通过多维度实验证明：1) 标准筛选试验严重低估CMC的实际降解潜力；2) 提高环境真实性的测试设计可显著改善评估准确性；3) 放射性标记与先进分析技术的结合为聚合物降解研究提供了新范式。研究结果为完善聚合物环境风险评估框架提供了关键数据，对指导洗涤剂和个人护理产品的可持续设计具有重要价值。特别值得注意的是，发现活性污泥微生物群落对CMC具有极强的降解能力，这为开发基于纤维素的环境友好型聚合物指明了方向。