综述：花生壳增值作为生物过滤器的潜在来源：清洁水和管理营养的环保方法

这篇综述系统探讨了花生壳(PS)作为生物过滤器(Biofilter)在废水处理中的潜力。文章指出，PS因其丰富的纤维素(45%)、半纤维素(16%)和木质素(33%)结构，可高效吸附重金属(Pb、Cd、Zn等)、挥发性有机物(VOCs)及过量营养盐(NH4+/NO3-)，同时通过微生物降解实现污染物转化。其低成本、可生物降解特性为发展中国家提供了传统污水处理(STPs)的替代方案，并可通过生物炭改良土壤实现循环生物经济(Circular Bioeconomy)。

　　

引言

水污染已成为威胁人类健康与环境的全球性问题，每年因卫生条件不足导致的死亡达140万例。城市化与工业化加剧了淡水资源的污染，而传统污水处理技术因高成本难以在低收入国家推广。花生壳(PS)作为农业废弃物，年产量超600万吨，其独特的木质纤维素结构和高孔隙度(74%)为开发经济型生物过滤器提供了可能。

花生壳生物过滤器的组成与特性

PS主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，形成刚性多孔基质。其表面富含羟基(-OH)和羧基(-COOH)，pH值6.8，比表面积达260 m²/g，经化学活化后可提升染料吸附率至60%以上。印度作为全球第二大花生产地，每年产生744万吨PS废弃物，目前多用作动物饲料，但其在环境修复中的价值正被挖掘。

生物过滤机制

生物过滤通过微生物附着生长实现污染物降解。PS作为载体时，污染物通过物理截留、化学吸附和微生物代谢（如硝化细菌Nitrosomonas转化NH₄⁺为NO₃^-）三重作用被去除。预处理如碱(NaOH)处理可溶解木质素，提升纤维素可及性；酸(HSO₄)处理则能增强重金属吸附能力。

污染物去除效能

1. 重金属：KOH活化PS对Cd、Pb、Zn的吸附率达98%，磁改性PS(MPAC)对Cr(VI)吸附容量达192.31 mg/g。
2. VOCs：PS基活性炭对甲苯吸附量显著，空床停留时间19秒时甲醇降解效率达30 kg/m³/天。
3. 营养盐：与木屑混合的PS生物过滤器对化学需氧量(COD)去除率近80%，NH₄⁺通过硝化-反硝化途径转化为N₂释放。

土壤改良应用

PS生物炭(500°C制备)可提升土壤阳离子交换量(CEC)和微生物活性。实验显示，添加4% PS生物炭使黄瓜产量显著增加，盐胁迫土壤中微生物群落多样性提高161%。

挑战与前景

PS生物过滤器存在堵塞风险，且长期使用效率可能下降。未来研究需优化微生物群落（如Pseudomonas和Aspergillus的组合），结合人工智能实时调控运行参数。生命周期评估(LCA)表明，PS系统在碳排放和能源消耗上优于传统工艺，为分散式污水处理提供了可持续解决方案。

结论

花生壳生物过滤器将农业废弃物转化为高效环境修复材料，兼具污染物去除与资源回收双重功能。其规模化应用需进一步解决工程化问题，但已在推动水-土壤-微生物协同治理方面展现出独特潜力。