《Process Safety and Environmental Protection》：Microplastics reshape anammox microbial consortia: Insights into stress adaptation, metabolic interplay, and antibiotic resistance trade-offs in wastewater treatment
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PP-MPs对厌氧氨氧化过程的影响及生物炭恢复机制研究。通过宏观性能和微观机制分析，发现PP-MPs呈现初始抑制后恢复特征，Ca. Brocadia和Ignavibacterium对微塑料表现出较强适应性，其共生关系提升总氮去除效率，但伴随抗生素抗性基因增殖风险，生物炭可缓解系统压力。
作者：吴龙、张晓农、张星星、吴鹏
中国江苏省苏州市苏州科技大学环境科学与工程学院，水处理技术与材料技术与材料江苏省协同创新中心，市政污水资源化利用技术国家与地方联合工程实验室，邮编215009
摘要
在污水处理厂（WWTPs）检测到的微塑料（MPs）中，聚丙烯微塑料（PP-MPs）所占的质量最大。然而，关于它们对厌氧氨氧化（anammox）过程影响的研究仍然很少。本研究从宏观（性能效率和微生物群落变化）和微观（细胞活动、代谢机制以及抗生素抗性基因（ARGs）的传播）两个角度探讨了PP-MPs对anammox的影响。同时，还研究了生物炭在PP-MPs胁迫下的anammox系统中的恢复潜力。PP-MPs对anammox过程的影响表现出先抑制后恢复的特征性模式。微生物群落分析显示，Ca. Brocadia相比其他厌氧氨氧化细菌具有更强的适应性。Ignavibacterium对PP-MPs和生物炭都有更好的适应性，并与Ca. Brocadia之间存在交叉喂养现象，从而提高了总氮去除效率（TNRE）。然而，这一过程也增加了anammox系统中ARGs传播的风险。本研究阐明了PP-MPs对anammox系统的综合影响及潜在风险，为优化含有PP-MPs的废水处理工艺提供了理论支持。
引言
全球范围内聚丙烯（PP）塑料的广泛使用不可避免地导致了水体中的塑料污染（Strokal等人，2023年）。通过紫外线老化、机械作用和环境风化，这些塑料会分解成微塑料（MPs）（小于5毫米）（Li等人，2025年）。除了造成环境污染外，MPs还可能带来健康风险（Al-Mansoori等人，2025年；Liu等人，2025b年）。由于MPs具有抗降解性，它们可能会在污水处理过程中积累（Ju等人，2024年；Lessa Belone等人，2025年）。MPs可能会阻碍物质传递并导致微生物群落的变化，从而影响污水处理过程的效率。MPs的存在会显著影响氮循环和微生物群落（Seeley等人，2020年），以及影响废水的反硝化过程（Li等人，2020年）。
聚丙烯微塑料（PP-MPs）占污水处理中检测到的塑料颗粒的最大质量比例（Lessa Belone等人，2025年）。PP无毒，适合作为微生物形成生物膜的载体材料，从而增强生物脱氮过程中的反硝化作用（Gamo等人，2024年）。然而，PP塑料的老化会减小其颗粒大小，导致PP-MPs的形成，这可能对生物脱氮过程产生不利影响（Zarean等人，2025年）。此外，抗生素抗性基因（ARGs）容易在MPs的表面生物膜中传播和积累（Luo等人，2023年）。
厌氧氨氧化（anammox）是一种无需曝气或外部碳源即可高效去除氮的过程，因此是一种非常有前景的生物脱氮方法（Zhang等人，2024年；Zhou等人，2024b年）。然而，anammox也存在生长速率慢和对外部干扰敏感度高等缺点（Wang等人，2021年）。废水中的MPs必然会影响anammox的活性和氮去除速率。
适当添加生物炭可以提高anammox反应器的总氮去除效率（TNRE）。这一效果是通过增强细胞分泌的胞外聚合物物质（EPS）、刺激群体感应（QS）以促进电子转移以及选择性富集功能性细菌来实现的（Zhang等人，2024年）。因此，添加生物炭是一种有效策略，可以缓解外部环境对anammox菌群的压力（Liu等人，2025c）。
目前，PP-MPs对anammox微生物群落结构、代谢功能及关键特性的影响仍知之甚少。因此，本研究的具体目标是：（1）评估不同浓度的PP-MPs对anammox活性的急性及长期影响；（2）研究微生物群落的演替；（3）阐明代谢途径的变化及诱导的ARGs的分布；（4）确定缓解微塑料胁迫的有效策略。
实验部分
生物炭和PP-MPs的获取与制备
本研究中使用的玉米秸秆生物炭购自 Gongyi Huaxiang Activated Carbon。生物炭的预处理过程见文本S3。本研究使用的PP-MPs密度为0.90-0.91克/立方厘米，购自Hua Chuang Plastic Raw Material Merchants。选择500微米的PP-MPs粒径，因为这一粒径在实际废水中最常见（Wang等人，2025c）。使用前，对PP-MPs进行了超声处理以去除松散物质。
PP-MPs对氮去除性能的短期影响
短期批量测试结果见图S3和文本S2。批量测试表明，在短期内，50毫克/升的PP-MPs对anammox的TNRE影响最大，而非测试中的最大浓度1000毫克/升。第3.2节进一步通过长期测试研究了PP-MPs对anammox菌群的影响。
氮去除性能
长期氮去除性能见图1。四个反应器之间的TNRE差异不显著（p值未给出）。
结论
AnAOB（厌氧氨氧化菌）急性暴露于PP-MPs会导致ROS（活性氧）升高并抑制SAA（硝化抑制酶）的活性。50毫克/升的PP-MPs对TNRE的影响最大。长期PP-MPs胁迫会抑制anammox活性并降低TNRE。然而，anammox菌群通过调节微生物物种的丰度具有适应长期PP-MPs胁迫的潜力。在PP-MPs的压力下，
Ca. Brocadia和
Ignavibacterium之间的共生关系增强了TNRE。宏基因组分析揭示了...
作者贡献声明
吴龙：撰写初稿、数据可视化、数据分析、概念构建。
张晓农：数据管理、概念构建。
张星星：数据分析、数据管理。
吴鹏：撰写与编辑、撰写初稿、指导、软件使用、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（51578353）和苏州市水利与水务科技项目（2022005）的财政支持。
