第一作者：Qidi Liu
通讯作者：吴军 教授
通讯单位：河海大学环境学院
DOI:10.1016/j.biortech.2022.128530
对新出现的有机污染物（如抗生素）的日益关注敦促人们改进传统的生物废水处理过程。这项研究考察了综合光催化和移动床生物膜反应器（MBBR）系统在处理含有磺胺甲噁唑（SMX）的合成废水中的性能。研究发现，在水力停留时间为24小时的情况下，综合系统可以去除80.5%以上的SMX和67.7-80.7%的化学需氧量（COD），光催化的引入对COD的去除没有影响，但明显增强了SMX的去除。高通量分析表明，由于光催化氧化压力，微生物群落发生了很大的变化，梭状芽孢杆菌科和肠杆菌科成为主要的家族。然而，微生物保持了代谢活动，这可能是由于保护载体和微生物通过分泌细胞外聚合物物质和抗氧化酶进行自我保护。总的来说，这项研究揭示了通过将光催化与MBBR相结合来处理含有传统和新兴有机污染物的废水。
这项研究将光催化与移动床生物膜反应器（MBBR）结合起来，处理含有磺胺甲噁唑（SMX）的合成废水，SMX是一种典型的抗生素，其浓度在城市废水中达到毫克/升水平。综合系统的性能是通过SMX和COD的去除效率来评估的。研究了微生物在生理学和群落结构方面的反应，以揭示微生物的代谢活动和群落演替的变化。这项工作可以为处理含有常规和新出现的有机污染物的实际废水提供一个有洞察力的参考。
Fig. 1. Photocatalytic performance of Fe3+/g-C3N4 for SMX degradation. The inserted image is the linear fitting result of SMX removal data using the pseudo-first-order kinetic model. Details of the experimental condition: [SMX] = 2 mg/L, 0.5 g/L photocatalyst, λ = 420–430 nm.
Fig. 2. Performance of integrated photocatalysis and MBBR system with different photocatalyst (Fe3+/g-C3N4) dosages: (a) SMX and (b) COD. Bars with different letters are significantly different in the same group (ANOVA, Tukey test, n = 3, P < 0.05).
Fig. 3. Photograph images of biofilm carriers in the integrated photocatalysis and MBBR system before and after five days of operation.
Fig. 4. Microbial community composition of biofilm carrier at (a) family and (b) genus levels. B0 refers to the initial biofilm. B1, B2, B3, and B4 refer to biofilm from MBBR and integrated photocatalysis and MBBR systems with 0.05, 0.5, and 2.5 g/L Fe3+/g-C3N4 dosages, respectively.
Fig. 5. The predictive microbial function heat map based on FAPROTAX analysis. B0 refers to the initial biofilm. B1, B2, B3, and B4 refer to biofilm from MBBR and integrated photocatalysis and MBBR systems with 0.05, 0.5, and 2.5 g/L Fe3+/g-C3N4 dosages, respectively.
Fig. 6. (a) Total protein and LDH concentration, (b) EPS concentration, (c)T-AOC level, (d) SOD and CAT concentration of biofilm in integrated photocatalysis and MBBR system with different photocatalyst (Fe3+/g-C3N4) dosage. Bars with different letters are significantly different (ANOVA, Tukey test, n = 3, P < 0.05).
光催化和生物降解可以在综合光催化和MBBR系统中协同工作，有效地去除合成废水中的SMX和COD。生物膜通过分泌更多的EPS和抗氧化酶来抵御光催化的氧化压力。此外，在废水处理过程中，微生物群落被光催化所塑造，梭菌科和肠杆菌科成为主要的家族。总的来说，该综合系统在处理抗生素污染的废水，如城市/畜牧业废水方面有很大的潜力。将对相关操作参数（如光照强度、填充率和通气率）进行后续研究，以加快综合系统的实际应用。
Qidi Liu, Jun Hou, Yuan Zeng, Jun Xia, Lingzhan Miao, Jun Wu, Integrated photocatalysis and moving bed biofilm reactor (MBBR) for treating conventional and emerging organic pollutants from synthetic wastewater: Performances and microbial community responses, Bioresource Technology, 2023,https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128530
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