《Journal of Environmental Management》：Contrasting feedback mechanisms drive basin-scale vegetation vulnerability to drought in cold-arid northern China
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植物混凝剂在废水处理中的应用研究，系统回顾2000-2024年四库文献，筛选出175篇有效研究，分析植物种类、制备方法、应用场景及效率。结果显示植物混凝剂对浊度、微生物、重金属去除效率达70-100%，但多局限于实验室，需规模化验证。巴西生物多样性丰富但相关研究较少，提出加强本地化应用及可持续水处理技术开发的必要性。
Beatriz Silvestre Puchalski | Mirella Klausen da Silveira | Emanuel Júnior Silva Soares | Igor Luz Gon?alves | Bárbara Luíza Souza Freitas
巴西圣卡塔琳娜州弗洛里亚诺波利斯市，圣卡塔琳娜联邦大学卫生与环境工程系
摘要
除了在空气净化方面的作用外，植物还可以作为天然混凝剂用于水处理、废水处理和出水处理。本系统综述研究了2000年至2024年间发表在四个数据库（Web of Science、Scopus、ScienceDirect和Taylor & Francis）中的关于植物基混凝剂的研究。在检索到的895篇文章中，有175篇符合纳入标准，根据植物种类、制备方法、处理对象和效率进行了分析。植物基混凝剂在出水处理中应用广泛，其次用于水和废水处理，其在去除浊度（高达100%）、微生物参数（80-98%）、重金属（78-90%）和新兴污染物（70-88%）方面表现出较高的效率。大多数研究使用简单的制备方法（如干燥和研磨）来制备单个混凝剂，尽管某些植物（例如Moringa oleifera、Aloe vera）的加工更为便捷。目前相关研究大多仍处于实验室阶段，实际应用案例有限，这凸显了扩大规模和进行实际验证的必要性。报道的优点包括低毒性、减少污泥产生以及可以利用农业废弃物或入侵物种。
引言
获得卫生服务对公共卫生、环境保护和社会经济发展至关重要。然而，2022年仍有35亿人，主要分布在脆弱地区以及低收入和中等收入国家，缺乏安全管理的卫生设施（联合国儿童基金会，2025年），导致水传播疾病发病率升高和水生环境恶化。应对这一挑战需要有效的水处理解决方案，其中混凝技术起着关键作用。通过破坏细小颗粒并促进其聚集成较大絮体，混凝技术可以去除大量污染物，包括胶体、悬浮固体和微生物，从而提高后续处理过程的质量和效率。
传统的混凝剂（如铝盐和铁盐）被广泛使用，其效率和在多种处理条件下的稳定性已有充分文献记录。然而，这些混凝剂的化学性质对长期可持续性构成挑战，因为处理后的系统中残留金属具有持久性和潜在毒性（Diver等人，2023年）。因此，大规模使用这些混凝剂引发了关于污泥处理（尤其是含有高浓度金属和其他潜在有毒化合物的污泥）的担忧，同时还需要严格遵守最大剂量限制（Bernegossi等人，2022年；Gitis和Hankins，2018年）。在偏远社区，这些混凝剂的供应成本和物流限制也是一个问题（Vara，2012年）。
这些挑战推动了寻找符合现代可持续性和环境安全要求的替代方案。联合国可持续发展目标（SDGs），特别是目标6.3，强调通过减少污染、消除排放和最小化有害化学物质释放来改善水质（联合国，2015年）。实现这一目标需要创新且适用于不同环境的卫生技术，尤其是在发展中国家。
在这种情况下，天然混凝剂作为传统化学混凝剂的替代品展现出巨大潜力（Yin，2010年）。它们可再生、可生物降解且相对安全，既能减少水、废水和出水处理对环境的影响，又能提供环保的质量提升方法（Balbinoti等人，2023年；El Bouaidi等人，2022年；Owodunni和Ismail，2021年）。天然混凝剂可来源于动物和植物。动物来源的混凝剂（如壳聚糖、淀粉和粘液）效果显著，但其应用受到成本和可用性限制（Coleman等人，2024年；Renault等人，2009年）。相比之下，植物来源的混凝剂（来自种子、叶子、根、树皮和果实）无毒、可生物降解、环境友好且易于从当地获取（Yin，2010年；Lwasa等人，2024a）。它们在多种水质和出水条件下都表现出有效性（Balbinoti等人，2023年；Benalia等人，2024a），进一步证明了它们作为传统化学混凝剂的可行、低影响和适应性替代品的优势。
尽管植物基混凝剂具有明显优势，但其广泛应用仍受限于多种因素，如季节性变化、植物可获得性、制备方法以及水和出水物的物理化学性质差异，这些因素会影响混凝效果，从而影响实际应用和大规模推广（Koul等人，2022年）。然而，在许多条件艰苦且化学产品获取受限的国家，植物基混凝剂仍是一个可行且有前景的替代方案。这一点在生物多样性丰富的国家（如巴西）尤为重要。
巴西不仅是世界上生物多样性最丰富的国家（经合组织，2015年），但在基本卫生设施方面仍存在显著不足（Gon?alves等人，2025年），农村家庭的供水网络覆盖率仅为24.2%（SINISA，2024年供水服务报告）。其广阔的国土面积意味着许多地区地理上孤立，缺乏本地适用的水和废水处理解决方案（Ferreira等人，2021年；dos Santos等人，2020年）。尽管近期有所进展，国家卫生政策仍需创新和适应性强的技术解决方案（Gon?alves等人，2025年）。这种空间差异导致气候多样性和生态系统多样，同一植物物种在不同生物群落中的表现可能不同（Wang等人，2023年），从而影响植物基混凝剂的效果。综上所述，巴西迫切需要本地化、低成本和可持续的水处理解决方案，而这些方案目前尚未得到充分探索。
尽管在科学文献中已有大量研究，但目前仍缺乏全面系统性的综述来评估植物基混凝剂在所有相关处理对象（水、废水和出水）中的性能，这阻碍了效果比较、制备方法标准化以及确定最适用物种的工作。通过综合这些发现，本综述评估了植物基混凝剂的实际可行性，指出了关键创新点、研究空白及其应用障碍。此外，本文首次特别关注巴西的国情，展示了在气候多样性显著的大陆国家中植物基混凝剂的广泛应用潜力。
方法学
本系统综述遵循PRISMA指南（Page等人，2021年），旨在通过结构化和系统化的方法提高文献综述的方法一致性和数据可靠性。我们检索了四个数据库：Web of Science、Scopus、Science Direct和Taylor & Francis，搜索范围为2000年至2024年的标题-摘要-关键词，使用布尔运算符（"plant-based" OR “phyto-based”）AND ("coagulants") AND ("water treatment" OR “effluent”）
总体结果
175篇符合条件的论文根据不同方面进行了分类。这些研究遍布各大洲，发展中国家占比较高。印度和马来西亚的论文数量最多，分别为41篇和31篇（表S1 - 补充材料）。综述涵盖了过去25年的研究，最早的论文发表于2007年，最近两年（2023年和2024年）的论文数量显著增加，表明对此领域的兴趣日益浓厚。
植物基混凝剂种类
在175篇符合条件的论文中，共有141种植物被报道为植物基混凝剂的来源。其中两种植物的学名已过时，即同物异名：Aloe barbadensis（Aloe vera的同物异名）和Hibiscus esculentus（Abelmoschus esculentus的同物异名）。每种植物的生物混凝剂能力详细信息见表S2（补充材料）。
本综述还研究了来自结果实的植物（如Hylocereus）的生物混凝剂
植物基混凝剂的制备方法
141种植物的制备方法通常包括三个步骤：（1）研磨，即将干燥材料粉碎；（2）干燥，通过自然或人工加热去除水分；（3）提取，分离或溶解具有混凝活性的化合物（如酚类、阳离子蛋白、多糖），同时保留生物活性结构。每种植物的具体方法详见...
在水、废水和出水处理中的性能
植物基混凝剂已被用于去除水、废水和出水中的多种污染物（图6）。应用范围包括物理化学参数（N = 129项）、其他元素和化合物（N = 30项）、重金属（N = 12项）、微生物（N = 11项）、染料、混合物和表面活性剂（N = 10项）、药物（N = 4项）以及内分泌干扰物（N = 4项）（表S3 - 补充材料）。
环境方面
植物基混凝剂具有显著的环境效益，并在不同处理过程中表现出适用性。例如，农业食品工业的副产品（Castanea sativa、Prunus avium、Quercus ilex、Quercus rotundifolia、Olea europaea、Vitis vinifera）已被用于废水和出水处理（Martins等人，2022年；Teixeira等人，2024年），而饲料植物（Medicago sativa、Dolichos lablab、Pennisetum glaucum和Opuntia microdasys也具有...
在变化条件下的挑战
尽管文献中经常报告植物基混凝剂的浊度去除效率超过90%（Fida等人，2024年；Hadadi等人，2022年；Varsani等人，2022年；Iqbal等人，2019年），但这些结果大多是在受控实验室条件下使用合成基质进行的测试（Choudhary和Neogi，2017年；Gaayda等人，2022年；Hadadi等人，2022年；Megersa等人，2017年；Miller等人，2008年；Rasool等人，2016年；Sriram等人，2019年；Iqbal和Zahra，2018年）。
植物基混凝剂在巴西的潜在应用
作为生物多样性最丰富的国家（经合组织，2015年），巴西拥有大量适合用作混凝剂的植物物种。根据GBIF数据库的数据，本文调查的141种植物中有64.53%（91种）在巴西有分布记录（表S2 - 补充材料），这表明...
结论性意见
对141种被报道为植物基混凝剂的植物进行系统分析，突显了可用于处理的丰富生物多样性。虽然某些植物（如Moringa oleifera、Opuntia ficus-indica和Strychnos potatorum）得到了更广泛的研究，但许多其他植物仍待进一步探索，表明仍有大量研究空间。最常见的制备方法包括干燥、研磨和提取，通常使用水、氯化钠等。
资金
作者声明本研究未接受任何外部资助。
CRediT作者贡献声明
Beatriz Silvestre Puchalski：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、概念构建。
Mirella Klausen da Silveira：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、数据管理。
Emanuel Júnior Silva Soares：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、数据管理。
Igor Luz Gon?alves：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
