硫代谢生物膜中三氯卡班生物转化与功能响应的关联机制及其在废水处理中的应用

针对三氯卡班(TCC)在污水处理系统中难降解且抑制脱氮效能的问题，本研究通过硫代谢生物膜反应器揭示了TCC在低浓度(≤25μg/L)下可提升硝酸盐去除率至98%，而高浓度(100μg/L)导致N2O排放激增28倍。研究发现硫氧化菌与脱氯菌群的协同作用驱动TCC转化为MCC/DCC等中间体，为低碳富硫废水同步脱氮与微污染物降解提供了新策略。

　　

随着个人护理产品的广泛使用，抗菌剂三氯卡班(Triclocarban, TCC)在污水处理厂中检出浓度居高不下。这种顽固性污染物不仅难以被传统工艺降解，还会破坏脱氮微生物功能——研究显示其抑制反硝化效率，导致温室气体N₂O排放增加28倍，更可能通过食物链富集威胁人体内分泌系统。面对这一环境挑战，哈尔滨工业大学（State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment）的研究团队创新性地利用硫代谢生物膜反应器，揭示了TCC在硫循环驱动的微生态系统中的归趋机制，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。

研究采用硫自养反硝化(Sulfur autotrophic denitrification, SAD)反应器模拟实际运行条件，通过宏基因组功能预测(FAPROTAX)和微生物网络分析，结合高效液相色谱检测TCC及其转化产物。重点考察了不同TCC浓度梯度(0-100μg/L)下脱氮效能、中间产物积累规律及菌群互作关系。

性能与TCC积累
在25μg/L TCC暴露下，硫代谢生物膜表现出适应性增强，硝酸盐去除率提升至98%；但100μg/L组出现明显抑制，NO₂^--N和N₂O-N分别增加6倍和28倍。生物膜内检测到MCC、DCC等脱氯产物及3,4-二氯苯胺(3,4-DCA)等水解产物积累。

微生物机制
网络分析发现硫氧化菌(Sulfurisoma/Sulfuritalea)与富含氢化酶的脱氯菌(如未分类Chloroflexi)形成共生关系。元素硫作为固态电子供体，持续驱动C-Cl键断裂，其还原能力优于传统异养系统。

环境意义
该研究首次阐明硫代谢生物膜通过"硫氧化-脱氯"耦合途径实现TCC转化，为低碳废水处理提供了"脱氮-除污"协同新思路。尽管高浓度TCC会抑制部分功能菌，但体系通过微生物互作维持了核心功能，这对优化基于硫循环的废水处理工艺具有重要指导价值。