竹质生物炭碱改性强化生物过滤深度去除二级出水中新兴微污染物的效能与机制研究

针对污水处理厂二级出水中新兴微污染物（EMPs）难降解问题，苏州大学团队通过KOH改性竹质生物炭（KOH-MB）构建生物过滤系统，实现了对卡马西平、克罗米通等8种EMPs的长期高效去除（76%-100%），揭示了化学吸附主导的去除机制，为低成本深度污水处理提供了新策略。

　　

随着全球水环境中新兴微污染物（Emerging Micropollutants, EMPs）的广泛检出，其对水生生态系统的潜在威胁日益凸显。卡马西平（CBZ）、克罗米通（CRMT）等药物在传统污水处理厂（WWTPs）中的去除率不足20%，而双氯芬酸（DCF）、萘普生（NAP）等非甾体抗炎药也仅能达到60%-90%的去除效率。这些残留的EMPs通过二级出水持续输入自然水体，可能引发抗生素耐药性增强、内分泌干扰等生态风险。当前主流的活性炭生物过滤（BAC）技术虽有效但成本高昂，亟需开发经济高效的替代方案。

苏州大学研究人员在《Journal of Water Process Engineering》发表的研究中，创新性地采用氢氧化钾（KOH）改性商业竹质生物炭（CBB），构建了可长期稳定运行的生物过滤系统。通过对比未改性CBB、KOH-MB和活性炭（AC）对8种典型EMPs（包括CBZ、CRMT、DCF、DEET等）的去除效能，发现KOH-MB在处理30,000床体积（BVs）废水时仍保持76%-100%的去除率，显著优于传统CBB的失效表现。

关键技术方法包括：1）采用KOH化学活化法制备高比表面积改性生物炭；2）建立模拟二级出水的移动床生物膜反应器（MBBR）体系；3）结合扫描电镜（SEM）、比表面积分析（BET）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多维表征技术解析材料特性；4）通过长期连续流实验评估实际处理效能。

Biochars characterization
SEM显示KOH-MB的蜂窝状结构被破坏并形成大量微孔（<50 μm），BET证实其比表面积达892 m² g^?1，较CBB提升近10倍。FTIR揭示含氧官能团增加，zeta电位分析表明表面负电荷增强，这些特性共同促进EMPs的化学吸附。

Conclusions
研究证实KOH-MB通过单层化学吸附主导EMP去除，微生物的生物吸附/降解作用协同贡献。带负电的磺胺甲恶唑（SMX）和DCF因静电排斥和生物降解抗性导致去除率较低。该技术成本仅为活性炭的1/6，为污水处理厂提标改造提供了兼具经济性与高效性的解决方案。

这项研究首次系统阐明了竹质生物炭在环境相关浓度（200 μg L^?1）下长期处理EMP混合污染物的机制，为生物质资源在水处理领域的应用奠定了科学基础。未来研究可进一步优化KOH改性参数以提升对带电EMPs的捕获能力，并探索生物膜群落结构与降解功能的关联性。