生物电化学耦合人工湿地强化四溴双酚A降解的微生物协同代谢机制

针对水体中四溴双酚A（TBBPA）与硝酸盐共存污染难题，研究人员通过构建生物电化学耦合人工湿地系统（BES-CW），揭示了电刺激与硝酸盐协同作用下TBBPA的还原脱溴、水解脱溴及矿化途径，阐明了关键功能基因（pflA、dmpB等）及电活性菌（Geobacter）的调控机制，为新兴污染物的深度治理提供了新策略。

　　

随着电子制造业和纺织业的快速发展，溴化阻燃剂（BFRs）在水体中的残留问题日益严峻。其中，四溴双酚A（TBBPA）因具有持久性、生物毒性及雌激素效应，已成为威胁水生生态系统的典型新兴污染物。更棘手的是，TBBPA常与硝酸盐共存于水体，两者在传统污水处理过程中相互抑制——硝酸盐还原争夺电子导致TBBPA脱溴效率低下，而TBBPA又抑制反硝化过程，形成恶性循环。面对这一难题，北京科技大学能源与环境工程学院的研究团队创新性地将生物电化学系统（BES）与人工湿地（CW）耦合，在《Journal of Hazardous Materials》发表了关于TBBPA深度去除机制的重要研究。

研究人员采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）构建BES-CW反应器，通过石墨颗粒电极体系模拟开放（OC）与闭合电路（CC）条件，结合宏基因组学和微生物群落分析，系统解析了TBBPA的降解路径与调控机制。

关键研究发现

1. 污染物去除性能：闭合电路条件下TBBPA去除率高达98.7±2.3%，显著高于开放电路（87.1±4.6%），证实电能输入对降解的强化作用。
2. 降解途径解析：TBBPA经历还原脱溴（电子驱动）、水解脱溴（硝酸盐诱导）、开环裂解和氧化四步转化，其中电能激活了电活性菌Geobacter和Desulfovibrio的氧化还原酶基因（pflA、pflX）和加氧酶基因（dmpB、pobA），促进代谢物氧化；硝酸盐则富集Acinetobacter并刺激水解脱卤酶基因表达。
3. 微生物协同机制：电能与硝酸盐形成互补效应——前者提供电子加速还原脱溴，后者通过水解途径拓宽降解通路，最终实现TBBPA的完全矿化。

研究意义
该研究首次阐明BES-CW系统中电能与氮素对TBBPA降解的协同调控网络，为破解传统工艺中电子竞争与代谢抑制难题提供了理论依据。通过定向激活功能菌群及关键酶基因的策略，为水体中新兴污染物的高效治理提供了技术范式，尤其适用于含氮工业废水与受污染地表水的修复。

结论与展望
团队指出，BES-CW系统通过"电化学-微生物-植物"三重协同作用，实现了TBBPA从分子脱溴到完全矿化的全链条去除。未来研究可进一步优化电极材料与湿地植物配置，推动该技术从实验室向工程化应用迈进。这项成果不仅拓展了人工湿地的污染治理维度，也为发展低碳型水处理技术提供了新思路。