厌氧膜生物反应器中金属与pH胁迫对亚硒酸盐还原的调控机制：微生物互作机理解析

本研究针对含硒(Se)废水中SeO32?的去除难题，探索了厌氧膜生物反应器(AnMBR)在金属离子(Cd2+/Ni2+)和pH(3.0-7.0)胁迫下的性能与机制。研究发现中性pH(5.0-7.0)可实现近100% SeO32?去除，而pH 3.0显著抑制微生物活性；金属离子通过沉淀和络合作用被解毒。通过宏基因组分析揭示了硒还原菌(SeRB)和硫酸盐还原菌(SRB)的差异化酸敏感性，为复杂水质下Se污染治理提供理论支撑。

　　

硒污染是工业废水处理中的重大挑战，尤其是采矿、电子制造等行业排放的亚硒酸盐(SeO₃^2?)具有高毒性和迁移性。传统物理化学处理方法成本高昂且易产生二次污染，而微生物还原技术虽能将其转化为无害的单质硒(Se⁰)，却面临Se⁰逃逸和复杂水质干扰的难题。厌氧膜生物反应器(AnMBR)因其高效截留特性被视为潜在解决方案，但金属离子和pH波动如何影响其微生物机制尚不明确。

广西自然科学基金资助的研究团队在《International Biodeterioration》发表论文，通过构建实验室规模AnMBR系统，结合长期运行实验与短期动力学测试，系统评估了Cd²⁺/Ni²⁺和pH(3.0-7.0)对SeO₃^2?去除的影响。研究采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)分析沉淀物组分，通过宏基因组学解析功能微生物群落演变，并运用动力学模型量化代谢活性变化。

Contaminant removal performance
实验显示：中性pH(5.0-7.0)阶段SeO₃^2?去除率达97.8%，引入Cd²⁺/Ni²⁺后仍保持>90%效率；pH降至3.0时，SeO₃^2?和SO₄^2?还原速率降低10倍，SRB几乎消失。

Removal processes of contaminants
XPS证实SeO₃^2?主要被还原为Se⁰（占比72.3%），部分转化为Se(?II)；金属离子通过形成Cd(OH)₂、NiSe和金属-有机复合物（蛋白质/多糖络合）实现解毒。

Microbial community analysis
宏基因组鉴定出7个功能菌属（相对丰度>1%），包括优势SeRB（如Pseudomonas）和SRB（Desulfovibrio）。pH 3.0时SRB完全抑制，而SeRB保留部分活性，揭示二者酸敏感性差异。

Conclusion
该研究首次阐明AnMBR在多重胁迫下的微生物互作机制：中性pH下微生物产物（腐殖酸/多糖）的络合作用缓解金属毒性；SeRB与SRB通过酶促转化和非生物反应协同去除污染物。成果为工业废水处理中pH调控和生物强化提供理论依据，推动AnMBR在复杂硒污染治理中的应用。