生物炭强化浮根垫技术降低废水中难降解新兴污染物的效能研究

本研究针对废水中难降解新兴污染物的去除难题，创新性地采用生物炭强化浮根垫技术，通过系统实验证实该技术可显著提升污染物降解效率。研究揭示了生物炭-植物协同作用机制，为废水处理提供了经济高效的绿色解决方案，对实现水环境可持续发展具有重要实践意义。

　　

随着工业化和城市化的快速发展，废水中的新兴污染物（Contaminants of Emerging Concern, CECs）已成为全球性环境挑战。这类物质包括药物残留、内分泌干扰物等，具有难降解、易生物累积等特性，传统污水处理工艺对其去除效率有限。特别是一些具有复杂分子结构的有机污染物，在环境中持久存在并通过食物链富集，最终威胁生态系统和人类健康。当前主流的物理化学处理方法虽有一定效果，但存在能耗高、二次污染等问题，而生物处理技术又面临微生物降解效率低的瓶颈。

针对这一技术难题，Novandri Tri Setioputro领衔的研究团队创新性地将生物炭（Biochar）与浮根植物修复技术相结合，开发出生物炭强化浮根垫系统。该研究通过对比实验证实，经生物炭改性的浮根垫对典型难降解污染物的去除效率提升显著，相关成果发表在《Bioresource Technology》上，为发展经济高效的废水处理技术提供了新思路。

研究团队主要采用三种关键技术方法：首先建立实验室规模的浮根垫反应器系统，使用当地采集的芦苇作为浮根植物；其次通过热解法制备不同特性的生物炭改性材料；最后采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析污染物降解路径。所有实验废水样本均来自市政污水处理厂二级出水。

生物炭-植物协同作用机制
研究发现生物炭的多孔结构为微生物群落提供了理想附着位点，其表面含氧官能团能有效吸附污染物。电镜扫描显示，改性浮根垫的生物膜厚度增加47%，优势菌群丰度提升2.3倍。

污染物去除效能分析
对双酚A（BPA）和卡马西平的去除实验表明，生物炭强化系统在72小时内的降解率分别达到92.5%和85.3%，较传统浮根垫提高35%以上。同位素示踪证实污染物碳链断裂效率显著增强。

长期运行稳定性
连续180天的监测数据显示，系统对COD_Cr的去除率稳定在80%以上，且生物炭的吸附位点可通过植物根系分泌的酶类实现原位再生。

该研究突破性地证实了生物炭强化浮根垫技术的三重作用机制：物理吸附、化学降解和生物转化协同增效。特别值得注意的是，系统在无需外加能源的条件下，对分子量大于500 Da的疏水性污染物表现出特异去除能力。研究提出的"吸附-降解-再生"循环模型，为发展低能耗、可持续的废水处理技术提供了理论依据和实践范式。这项成果不仅解决了传统技术对难降解污染物处理效率低的问题，其模块化设计更适用于分散式污水处理场景，对实现联合国可持续发展目标（SDG 6）具有重要推进作用。