有机磷酸酯调控小球藻去除合成废水中常规污染物的分子机制研究

本研究针对垃圾渗滤液中微塑料(MPs)的环境行为与毒性预测难题，通过全流程处理系统分析结合KANO无监督模型，揭示了MBR-RO工艺对MPs的去除规律（总去除率68.91%），发现玻璃纸(74.61%)和聚酰胺(23.71%)为主要组分，并预测其胃肠道毒性(95.62%)和免疫毒性(84.66%)风险，为渗滤液处理优化和毒性快速评估提供新方法。

　　

随着城市化进程加速，垃圾填埋场已成为微塑料(MPs)的重要汇集地。这些直径小于5毫米的塑料颗粒因其持久性、异质性和潜在毒性，正引发日益严峻的环境与健康风险。最新调查显示，未经处理的垃圾渗滤液中MPs浓度高达382 items/L，即使经过处理仍残留2.7 items/L，其水平显著高于市政污水。更令人担忧的是，传统毒性评估方法依赖动物实验，耗时耗力且难以应对MPs的结构多样性，而现有研究对渗滤液处理系统中MPs的迁移转化规律仍缺乏系统认知。

针对这一科学难题，同济大学环境科学与工程学院的研究团队开展了一项创新性研究。通过分析3200吨/日渗滤液处理厂的全流程样本，结合自主研发的KANO（知识图谱增强分子对比学习）模型，首次揭示了MPs在不同处理单元中的归趋规律和毒性特征。相关成果发表在环境领域顶级期刊《Water Research》上。

研究采用三大关键技术：1）全流程采样分析，涵盖MBR（膜生物反应器）、UF（超滤）、NF（纳滤）、RO（反渗透）和DTRO（双管反渗透）浓缩液；2）基于ElementKG知识图谱构建的KANO无监督模型，整合元素周期表和官能团化学属性；3）多毒性终点预测，包括急性毒性、慢性毒性和氧化应激潜力等8项指标。

【MPs浓度和粒径分布】
通过激光粒度分析和显微计数发现，MPs浓度从进水14,150 items/L降至RO出水4,400 items/L，其中MBR单元去除贡献最大（42.3%）。粒径分布显示<100μm的MPs占比达63.2%，其表面官能团氧化程度随处理流程递增。

【KANO模型预测】
该模型在8个毒性终点测试中AUC（曲线下面积）平均达0.87，显著优于传统监督学习。预测显示DTRO浓缩液中MPs具有最高毒性潜力，胃肠道紊乱风险值达95.62%，免疫系统毒性84.66%，与临床报道的肠道菌群失调和Th2细胞极化现象高度吻合。

【组分特征】
傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定出14种MPs，玻璃纸（含大量羟基）和聚酰胺（含酰胺键）合计占比98.32%。分子动力学模拟表明，这些官能团可通过氢键吸附重金属和有机污染物，形成复合毒性效应。

研究结论表明，现有渗滤液处理工艺对MPs的去除存在明显局限性，特别是纳米级MPs和改性塑料。KANO模型首次实现了MPs毒性的无标注预测，其构建的"元素-官能团-毒性"知识网络为环境污染物风险预警提供了新范式。该成果不仅揭示了渗滤液处理过程中"去除率假象"背后的分子机制，更为《新污染物治理行动方案》提供了关键技术支撑。值得注意的是，研究发现MBR工艺对含氧官能团MPs的去除效果较差，这为下一代处理工艺的优化指明了方向——可能需要结合高级氧化或功能化膜材料来破解这一难题。