微藻ROS清除机制缓解全氟辛酸对藻菌颗粒污泥氨氧化活性的抑制作用及其机制研究

针对全氟辛酸(PFOA)抑制废水处理系统中微生物活性的难题，研究人员通过比较微藻-细菌颗粒污泥(MBGS)与传统好氧颗粒污泥(AGS)的耐受性差异，发现MBGS通过微藻活性氧(ROS)清除机制显著提升对PFOA的抗性(IC50=78 mg/L)，揭示了EPS非依赖性保护新机制，为新兴污染物废水处理提供理论支撑。

　　

随着工业发展，全氟辛酸(PFOA)这类"永不降解"的污染物在污水处理厂被频繁检出，给生物处理系统带来严峻挑战。传统好氧颗粒污泥(AGS)在PFOA胁迫下会出现氨氧化功能显著抑制，而新兴的微藻-细菌颗粒污泥(MBGS)技术因其独特的共生体系展现出更强抗性。苏州科技大学环境科学与工程学院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，首次系统揭示了MBGS抵抗PFOA毒性的分子机制。

研究采用Hill抑制模型、流式细胞术和三维荧光光谱等技术，通过对比AGS与MBGS在0.1-100 mg/L PFOA梯度下的响应差异。结果发现：MBGS的氨氧化活性IC₅₀值(78 mg/L)显著高于AGS(35 mg/L)，且其胞外聚合物(EPS)含量增幅仅为AGS的1/3。通过活性氧(ROS)检测发现，MBGS中微藻通过光合作用维持了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的持续活性，使ROS水平比AGS低42.7%。微生物群落分析显示，微藻存在使氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度保持稳定，而AGS中Nitrosomonas相对丰度下降达61.2%。

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部分，研究揭示了三个关键发现：首先，MBGS通过微藻光合供氧维持了Cat基因表达量2.1倍的提升，有效清除羟基自由基(·OH)；其次，微藻分泌的可溶性微生物产物(SMP)中含有大量芳香族蛋白，可优先结合PFOA分子；最后，激光共聚焦显微镜显示MBGS内部形成氧浓度梯度，为AOB创造了避毒微环境。这些发现突破了传统EPS保护机制的认知局限。

部分指出，该研究不仅明确了MBGS处理PFOA废水的安全浓度阈值，更创新性提出了"微藻护盾"理论：即通过ROS清除-SMP螯合-氧梯度调控三重协同机制实现解毒。相比传统物理吸附或菌群改造方案，这种基于生态位设计的生物强化策略，为处理含持久性有机污染物废水提供了更具可持续性的技术路线。研究获得国家自然科学基金(52300060)等项目的支持，相关成果已应用于某工业园区废水处理厂的工艺优化。