藻菌共生膜生物反应器人工神经网络建模：危险垃圾渗滤液中1,4-二氧六环的生物修复机制与预测

本文创新性地构建了藻菌共生膜生物反应器（AB-MBR）系统，结合人工神经网络（ANN）模型预测1,4-二氧六环（logKow=-0.27）的去除效率（82.8%±3.2%）。研究揭示了Thioclava等菌属通过分泌脱氢酶（ADH/ALDH）将污染物降解为2-羟基-1,4-二氧六环的代谢通路，为发展中国家低成本处理高水溶性（4.31×105 mg/L）致癌污染物提供了绿色方案。

　　

Highlight

本研究成功开发了一种膜生物反应器，通过增强藻类和细菌的协同作用，实现了危险垃圾渗滤液中1,4-二氧六环污染物的高效解毒，并利用降解副产物作为碳源。随后采用人工智能模型预测处理效率，明确了影响1,4-二氧六环去除的关键参数。

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危险垃圾渗滤液（HLL）采集与表征

渗滤液每日从垃圾填埋场开放池采集，其1,4-二氧六环浓度在85.2-280.1 mg/L之间波动，低于接收工业和市政危险废物的填埋场典型值（335 mg/L）。这种宽范围波动与渗滤液中污染物的高度不稳定性相关。

1,4-二氧六环降解效率

图2a显示，在6小时水力停留时间（HRT）下，AB-MBR1的出水1,4-二氧六环浓度为43.3-168.9 mg/L，去除率（R%）仅41.8%±7.1%。这种部分去除归因于污染物与微生物（细菌和藻类）作用时间不足，以及1,4-二氧六环降解菌相对丰度较低（附录A图S1）。

Conclusions

多种机制（包括挥发、UV氧化、细菌降解和藻类同化）共同促成1,4-二氧六环去除，其中藻类通过分泌胞外聚合物（EPS，55.4±2.9 mg/g）和脱氢酶（ADH 1.3±0.03 U/mg）发挥核心作用。ANN模型成功解析了50%以上的数据变异性，为优化HRT等操作参数提供了智能支持。