《Journal of Hazardous Materials》：Fungal removal of OPFRs from urban wastewater in a rotary drum bioreactor
编辑推荐：
基于白腐真菌的有机磷阻燃剂生物降解研究，通过旋转鼓生物反应器（RDBs）考察木质材料与PLA载体对五种OPFRs（TBP、TBEP、TCEP、TCPP、TEP）的去除效率，发现holm oak木载体在连续六批次处理中实现TCEP和TCPP最高68%降解率，且真菌群落稳定。研究验证了既有降解途径并证实Ganoderma lucidum主导氯代OPFRs降解，木质载体兼具吸附与生物降解功能，为废水处理提供可持续方案。
迪安娜·洛桑托斯（Diana Losantos）|哈维尔·维拉格拉（Javier Villagra）|蒙特塞拉特·萨拉（Montserrat Sarrà）|格洛丽亚·卡米纳尔（Glòria Caminal）|玛伊拉·马丁内斯-阿隆索（Maira Martínez-Alonso）
巴塞罗那自治大学工程学院生物化学与环境工程系，西班牙巴塞罗那贝拉特拉（08193）
摘要
在传统处理系统中，有机磷阻燃剂（OPFRs）的去除效果通常有限。本研究评估了使用旋转鼓式生物反应器（RDBs）并在其中接种白腐真菌（WRF）联合体（Trametes versicolor、Ganoderma lucidum、Pycnoporus sanguineus）后，对五种OPFRs（TBP、TBEP、TCEP、TCPP和TEP）在废水中的长期去除效果。真菌被固定在栎木或聚乳酸（PLA）上，四个RDBs进行了六个批次循环的实验：两个以PLA为载体的反应器（其中一个添加了葡萄糖），一个接种了WRF的木材反应器（W-Exp），以及一个仅使用木材的反应器（W-Cont）。实验结果显示，TEP的去除率很低，而所有反应器中TBP和TBEP的去除率均超过90%。在木材反应器中的吸附研究表明，TBP和TBEP主要通过天然微生物被降解；而氯化OPFRs仅在W-Exp反应器中被降解（TCEP的去除率为57%，TCPP的去除率为68%，其中分别有40%和65%被降解）。先前提出的降解途径得到了验证，潜在的有毒中间产物随时间消失，最终产生无毒的出水。
引言
工业部门的迅速扩张导致了大量废水的产生，其中含有多种新兴污染物，这些污染物对生态和健康构成严重威胁[1]。其中一类重要的污染物是有机磷阻燃剂（OPFRs），它们常被用作各种商业产品的添加剂[2]、[3]。这些添加剂在制造、使用和处置过程中容易渗入废水中[4]、[5]。在废水处理厂的出水中经常检测到五种OPFRs：三丁基磷酸酯（TBP）、三(2-丁氧基乙基)磷酸酯（TBEP）、三(2-氯乙基)磷酸酯（TCEP）、三(2-氯异丙基)磷酸酯（TCPP）和三乙基磷酸酯（TEP）[6]、[7]，这表明传统处理工艺无法完全去除它们。已广泛探索了去除OPFRs的物理化学方法，主要集中在吸附和高级氧化工艺（AOPs）上[8]。吸附研究测试了传统的吸附剂，如碳质材料[9]、[10]、[11]、非离子树脂[12]和有机框架[13]、[14]。另一方面，AOPs的研究主要集中在氯化OPFRs的降解上[15]、[16]、[17]、[18]。尽管取得了这些进展，但在实际废水处理场景中，只有少数研究证明了这些方法的有效性[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。在这种情况下，其他共存物质（如有机物和阴离子）的存在显著降低了处理效率，因此选择最适合OPFRs去除的策略至关重要。此外，许多物理化学方法既耗能又成本高昂。
相比之下，生物处理方法提供了一种经济高效且环保的OPFRs去除方式。其中，白腐真菌（WRF）具有降解多种外来物质的能力，即使在微量水平下也是如此[1]、[24]。虽然它们的降解能力主要归因于其胞外酶的作用，这些酶具有广泛的底物特异性[25]、[26]，但越来越多的证据表明，WRF的多功能胞内CYP450酶系统也在污染物转化中起着关键作用[27]、[28]。在先前的筛选研究中已经证明了WRF在合成介质中降解OPFRs的能力[29]。三种真菌：Trametes versicolor、Ganoderma lucidum和Pycnoporus sanguineus被确定为去除OPFRs的有希望的候选者。酶系统测试进一步证实，胞内CYP450系统负责OPFRs的降解。通过对每种OPFR的转化产物（TPs）进行鉴定，提出了具体的代谢途径。体内和计算机模拟毒性评估也表明某些TPs具有潜在毒性[30]。
尽管测试的WRF在去除OPFRs方面具有很大潜力，但其应用仍存在一些限制。一个主要挑战是营养物质的可用性。虽然WRF可以通过共代谢过程在微量水平上降解污染物，但污染物浓度通常较低，不足以支持真菌的活动[31]。因此，通常需要额外的碳源来提高其处理效果。然而，这会增加运营成本，并促进竞争性微生物的生长，威胁WRF的存活并降低真菌反应器的处理效率[32]。一些策略，如调整pH值和碳氮比[33]以及部分生物质更新[34]，有助于促进真菌的生长。其中，真菌的固定化似乎是最有效的方法，因为它还能解决生物反应器运行中的常见问题，如真菌在反应器壁和搅拌器上的生长、泡沫形成以及增加混合和氧气供应的需求[25]。
真菌的固定化可以通过将其生长在载体上来实现，载体可以是惰性的或非惰性的。多种惰性材料已被用作真菌的支撑物，显示出对多种污染物的有效附着和高去除效率[35]、[36]、[37]。另一种最佳方法是将真菌固定在非惰性的木质纤维素支撑物上，如木材。木质材料不仅提供了一种可持续且低成本的固定化选择，还为WRF提供了天然且选择性的营养来源[38]。已在不同的反应器配置中探索了WRF在木材上的固定化，以降解废水中的新兴污染物，取得了有希望的结果[39]、[40]、[41]。然而，由于木质材料的高孔隙性，支撑物的吸附能力在污染物去除中起着关键作用，吸附程度与污染物的疏水性密切相关[41]。因此，促进固体废物中外来物质（特别是疏水性物质）的后续降解也非常重要，以防止这些有害化学物质释放到环境中。
本研究在非无菌条件下，使用含有三种选定WRF的合成联合体，研究了城市废水（UWW）中目标OPFRs的长期去除效果。处理在旋转鼓式生物反应器（RDBs）中进行，共进行了六个连续批次，以评估该联合体是否能在实际场景中多次循环中保持其降解能力。WRF被固定在栎木或聚乳酸（PLA）上，选择这些材料是基于初步研究的结果，因为它们具有较低的OPFRs吸附潜力并能够支持最佳的真菌生长。还研究了葡萄糖添加对PLA载体反应器性能的影响。在整个处理过程中，监测了OPFRs的降解情况以及先前鉴定出的转化产物的形成，旨在验证之前研究中提出的降解途径（Losantos等人，2025年），并评估潜在有毒代谢物的存在。此外，还评估了木材载体反应器对OPFRs去除的贡献。最后，作为后处理策略，对木材载体进行了二次真菌接种以降解吸附的OPFRs。总体而言，这些结果证明了WRF合成联合体在真实废水条件下去除OPFRs的潜力。鉴于针对这种处理方式的研究较少，本研究为填补这一研究空白做出了重要贡献。
试剂
OPFRs的标准品包括三丁基磷酸酯（TBP ≥ 99%）、三(2-丁氧基乙基)磷酸酯（TBEP 94%）、三(2-氯乙基)磷酸酯（TCEP 97%）和三乙基磷酸酯（TEP ≥99.8%），由Merck KGaA（德国达姆施塔特）提供。三(2-氯异丙基)磷酸酯（TCPP）异构体的商业混合物由Quimidroga（西班牙巴塞罗那）提供。通过GC-MS分析比较商业产品中各异构体的相对丰度来确定其纯度
城市废水处理
含有目标OPFRs的城市废水在四种不同的RDBs（W-Exp、W-Cont、PLA-Exp和PLA(+Gluc.)）中进行了长期处理。采用共培养方法，使用了三种真菌：T. versicolor、G. lucidum和P. sanguineus>，这些真菌被证明能有效去除目标OPFRs[29]。真菌的固定化被用作将WRF引入RDBs的策略，使用了两种类型的支撑材料。第一种是栎木，它同时具有...
结论
研究表明，在非无菌条件下，真菌反应器成功用于降解废水中的OPFRs。这些发现为未来在其他类型废水中的应用提供了宝贵的见解。
更容易降解的OPFRs，如TBP和TBEP，可以通过WRF或未经处理的UWW中已存在的其他微生物有效去除，这些微生物能够适应引入的污染物浓度。木材...
环境影响
本研究探索了一种环境可持续的方法，通过真菌生物修复在非无菌条件下从城市废水中去除顽固的有机磷阻燃剂（OPFRs）。重点在于通过评估污染物的降解和潜在的生态毒性来确保低生态风险，特别关注先前鉴定出的潜在有毒转化产物。木材被证明是最有效、最环保的支撑材料
资助
本工作得到了PID2022-138929OB-I00和TED2021-130639B-I00项目的支持，这些项目由MCIN/AEI/10.13039/501100011033和Unión Europea NextGenerationEU/PRTR资助。本工作还得到了加泰罗尼亚政府（Consolidated Research Group 2021-SGR-01008）的部分支持。
迪安娜·洛桑托斯（Diana Losantos）感谢MCIN提供的预博士研究资助（ref PRE2020-095902）。哈维尔·维拉格拉（Javier Villagra）感谢UAB-PIF的资助。
CRediT作者贡献声明
玛伊拉·马丁内斯-阿隆索（Maira Martínez-Alonso）：监督、概念设计。
哈维尔·维拉格拉（Javier Villagra）：撰写——审稿与编辑、研究。
迪安娜·洛桑托斯（Diana Losantos）：撰写——初稿、研究。
格洛丽亚·卡米纳尔（Glòria Caminal）：监督、概念设计。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
