《Clean Technologies》：Treatment of Greywater with Emerging Contaminants Using Hollow Fiber Membrane Bioreactor
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灰水回用已成为缓解淡水资源压力的一种有前景的策略，但关于新兴污染物对其安全应用可能产生的影响知之甚少。本研究评估了中空纤维膜生物反应器（HFMBs）在处理合成灰水时的性能，包括对照条件以及暴露于两种广泛使用的药物化合物：布洛芬和双氯芬酸。研究人员运行了九个HF
灰水回用已成为缓解淡水资源压力的一种有前景的策略，但关于新兴污染物对其安全应用可能产生的影响知之甚少。本研究评估了中空纤维膜生物反应器（HFMBs）在处理合成灰水时的性能，包括对照条件以及暴露于两种广泛使用的药物化合物：布洛芬和双氯芬酸。研究人员运行了九个HFMBs，为期11天，分别使用不含药物的合成灰水（对照）、添加布洛芬的灰水或添加双氯芬酸的灰水。通过理化参数和微生物群落分析评估反应器性能。所有反应器中的浊度和可溶性化学需氧量（sCOD）均下降，并可用经验性时间稳定化模型充分描述。各处理间的浊度去除率相当，而最终sCOD去除率在不同反应器条件下存在差异。阴离子表面活性剂显著减少，所有系统的去除效率均高于98%。相比之下，布洛芬和双氯芬酸的浓度下降幅度较小且变异较大，但初始浓度与最终浓度之间未检测到统计学显著差异。微生物群落分析显示，变形菌门（Pseudomonadota）是HFMB反应器中的优势菌门。功能预测进一步表明，在所有反应器构型和运行条件下，与芳香族化合物降解和生物膜相关过程相关的通路均有所富集。此外，与对照处理相比，双氯芬酸处理还表现出与环境胁迫抗性相关的功能额外富集，以及更强的芳香族化合物降解潜力。
本研究以灰水回用为背景，探讨了新兴污染物对中空纤维膜生物反应器（HFMBs）处理效能及微生物群落的影响。灰水约占生活污水总量的70%，具有巨大的回用潜力，但其中广泛存在的药物残留物如布洛芬和双氯芬酸，对安全回用构成潜在风险。尽管HFMBs因其紧凑结构和高效固液分离而适用于分散式灰水处理，但以往研究多聚焦于常规水质参数，对其在药物暴露下的响应和微量污染物去除能力认识不足。为此，研究人员以合成灰水为处理对象，设置对照（GW）、布洛芬添加（IBU）和双氯芬酸添加（DCF）三种条件，每组三个平行，共运行九个HFMBs 11天，系统评估了常规污染物去除、药物衰减及微生物群落演替。
研究结果显示，所有反应器对浊度和可溶性化学需氧量（sCOD）均表现出先快速下降后趋于稳定的去除模式，经验稳定化模型拟合良好。浊度去除在各处理间无显著差异，残余浊度低；sCOD最终去除率在各处理间存在显著差异（Kruskal–Wallis检验H=5.357，p=0.0286），但事后两两比较未达到显著水平，IBU和DCF反应器呈现更高的sCOD残余分数（0.57和0.45 vs. 对照0.16）。阴离子表面活性剂去除效率在所有系统中均超过98%，表明HFMBs对表面活性剂有极强去除能力。相比之下，布洛芬浓度从64.0±11.1 μg/L降至53.7±15.5 μg/L（平均下降约17.1%），双氯芬酸从76.0±3.0 μg/L降至65.3±6.8 μg/L（平均下降约13.8%），但Wilcoxon配对检验显示初始与最终浓度差异均无统计学意义（布洛芬p=0.25，双氯芬酸p=0.50）。这表明常规灰水参数的改善并不意味着药物的有效去除。
微生物群落分析方面，研究人员从智利La Farfana污水处理厂采集活性污泥作为接种物，经富集后在纤维表面培养生物膜。16S rRNA基因扩增子测序显示，与初始污泥相比，所有反应器中的微生物多样性和丰富度均下降，变形菌门（Pseudomonadota）成为优势菌门，在GW、IBU、DCF和初始污泥中的相对丰度分别为40.03%、43.86%、55.90%和26.52%。DCF处理保持了最高的微生物多样性（Shannon指数5.40，观察ASVs 1201），而IBU处理多样性最低（Shannon指数4.30，观察ASVs 859）。在属水平上，DCF反应器中Xanthobacter尤为丰富（25.63%），其中Xanthobacter flavus占24.65%；IBU反应器中Azospirillum富集（11.07%）。基于PICRUSt2的功能预测显示，与初始污泥相比，三种处理均富集了与生物膜形成（如琥珀酰聚糖生物合成）和芳香族化合物降解（如外二醇双加氧酶）相关的功能。以GW为参照时，DCF处理额外富集了多种芳香族降解酶（如(S)-1-苯乙醇脱氢酶、2,4′-二羟基苯乙酮双加氧酶等）以及群体感应、DNA保护和耐药相关功能，而IBU处理主要富集S层蛋白和O抗原生物合成蛋白，提示其适应机制偏向细胞表面修饰而非芳香族降解潜力增强。
上述研究的意义在于，首次综合评估了HFMBs在药物暴露下处理合成灰水的性能，揭示了常规处理效率与新兴污染物去除之间的脱节现象，并指出双氯芬酸可诱导微生物群落更强的代谢适应和胁迫响应。研究结论强调，在评估灰水回用安全性时，应同时关注常规水质指标和微量污染物行为，并需进一步开展长期运行和真实灰水验证，以全面评估回用系统的稳定性、微生物安全性和合规性。该论文发表于《Clean Technologies》。
