南京大学李爱民团队CEJ：白腐真菌降解城市污水中的PPCPs——中性环境开发和降解机制研究

图文导读

pH 主导的漆酶降解机制

图 1 ： pH 值对 T. versicolor 的影响。（ a ）双氯芬酸（ DCF ）的生物降解效率；（ b ）各样品初始 pH 条件下的漆酶活性；（ c ） pH 6.5 条件下测量的漆酶活性；（ d ）添加细胞色素 P450 抑制剂后的 DCF 降解效率

T. versicolor 的酶降解机制是由 pH 主导的。 DCF 的降解效率随 pH 升高而下降（ p < 0.05 ）， pH 5.5 、 6.5 和 7.5 时， 5 h 生物降解效率分别为 55% 、 63% 和 27% ，其中 pH 7.5 条件下降解显著受抑制（图 1a ）。研究发现漆酶活性随 pH 升高显著降低（图 1b ）。酸性条件（ pH 5.5 ）下漆酶活性最高（ 4 d 达 152 U L ^{– 1} ），在 pH 7.5 时出现“失活”。通过综合分析酶活性和酶产量的关系，发现 T. versicolor 在 pH 7.5 产生的失活酶液调至 pH 6.5 后，反而获得了最高的 94 U L ^{– 1} 的漆酶活性（图 1c ），该菌具有在中性条件下产酶量更高的特性，并且在 pH 6.5 条件下同时具备酶活性和产酶量，比酸性条件具有更好的应用潜力。实验还发现，漆酶“失活”后 DCF 仍能被缓慢降解，但添加细胞色素 P450 抑制剂后， 5 h 去除率从 53% 降至 34% （图 1d ），证实漆酶“失活”条件下，该酶贡献了剩余 73% 的降解。

流化床 T. versicolor 反应器

图 2 ：流化床 T. versicolor 反应器在中性 pH 值降解城市污水厂二沉池中 PPCPs 的示意图

设计并搭建了 1.5 L 的连续流升流式流化床反应器（图 2 ），首次在接近中性 pH 值、低 HRT 和低外加营养的条件下，在城市污水中对 T. versicolor 进行了研究。实际废水的 COD 和 NH ₃ -N 分别为 11.7 mg L ^{– 1} 和 0.18 mg L ^{– 1} ， pH 为 7.38 ， PPCPs （ DCF 、 IBU 、 SMX 和 CBZ ）各加标 10 μg L ^{– 1} 。

反应器降解效率及参数

图 3 ：连续流 T. versicolor 反应器在非无菌条件下的降解研究。（ a ）反应器 A ：未做任何调整；（ b ）反应器 B ：添加碳氮源并调节 pH 值为 6.5 ； (c ）三磷酸腺苷（ ATP ）和漆酶活性；（ d ） pH 值和葡萄糖浓度。双氯芬酸（ DCF ）；布洛芬（ IBU ）；磺胺甲恶唑（ SMX ）；卡马西平（ CBZ ）。实际废水加标 10 μg L ^–1 PPCPs （ DCF 、 IBU 、 SMX 和 CBZ ）

与未做任何调节的反应器（ RA, 图 3a ）相比，通过添加碳氮源并将 pH 值调节至 6.5 （ RB, 图 3b ）， T. versicolor 反应器对四种难降解 PPCPs 的平均去除率从 26% 提高到 72% ， DCF 和 IBU 去除率持续 >80% ， SMX 降解趋于稳定（ 66% ），仅 CBZ 后期去除率骤降。研究表明了优化碳氮源和 pH 条件对降解的重要性。相关性分析发现，反应器中的 ATP 浓度变化趋势与 CBZ 的去除呈显著正相关（ R ² =0.7 ），高的生物活性更有利于其生物降解（图 3c ）。连续流操作下，漆酶活性仅第 14 天达 2.8 U L ^–1 ，归因于较短的 HRT 及微生物抑制。 pH 值是关键调控因子（ P < 0.027 ），其与 DCF 、 IBU 及 SMX 的去除率呈显著负相关（ R ² =0.5 – 0.6 ）（图 3d ）。葡萄糖的持续消耗揭示了反应器内微生物作用及群落变化，需结合宏基因组测序解析机制。

宏基因组群落分析

图 4 ：（ a ）污水厂二沉池出水（ GT_WWTP ）在门水平上的物种分布；（ b ）反应器中的物种分布。反应器