综述：混合人工湿地的技巧与途径：新兴污染物去除路径的批判性综述

《Biodegradation》：Tricks and tracks of hybrid constructed wetlands: critical review on emerging contaminant removal pathways

　　

摘要

新兴污染物（ECs），包括药物、抗生素、个人护理用品、内分泌干扰化合物和持久性工业化学品，越来越多地在水处理厂的出水口被检测到，因为许多新兴污染物难以通过常规处理去除，还可能生成具有生物活性的转化产物。本文批判性地评估了混合人工湿地（HCWs）作为新兴污染物削减的工程化生物降解平台，重点聚焦微生物途径、氧化还原分区以及基质介导的转化过程。HCWs整合了垂直流、水平潜流和无水面流单元，构建了耦合的好氧、缺氧、厌氧、根际和光能微环境。这些分区支持过滤和吸附作用，但更重要的是促进了生物降解、共代谢、硝化-反硝化、厌氧氨氧化和硫驱动的自养反硝化。厌氧氨氧化菌，包括Candidatus Brocadia、Candidatus Jettenia和Candidatus Scalindua，通过将氨氧化与亚硝酸盐还原相偶联，贡献了低碳脱氮过程。硫氧化反硝化菌Thiobacillus、Sulfurimonas和Sulfuritalea在碳受限的污水条件下进一步稳定了缺氧电子转移条件。尽管这些微生物群落不能直接矿化所有ECs，但它们调节了氧化还原梯度、生物膜活性和酶环境，从而有利于可生物降解和可共代谢化合物的转化。传统砾石和沙子提供水力支撑，对溶解态ECs的去除效果有限，通常低于20-30%，而生物炭、沸石和膨胀黏土（LECA）通过增强吸附和微生物定殖作用，可将去除率提升至60-90%。功能化基质，包括TiO₂涂层基质、Fe/Mn材料和纳米零价铁（nZVI），对某些难降解ECs可达到70-98%的去除率。现场系统通常报告50-85%的去除率，而实验室系统往往超过90%，表明存在规模化放大差距。本文强调了微生物对HCWs、氧化还原条件、基质、根际相互作用和污水特征的响应，同时确定了未来在转化产物追踪和功能基因监测方面的需求，以实现面向可持续发展目标6（SDG 6）的水处理。