电活性微生物驱动污水处理厂中新兴污染物去除的新范式

研究背景

在“新兴污染物（ECs）难去除”与“污水处理低能耗”的双重压力，传统污水处理厂正面临结构性瓶颈：常规生物法对多数ECs作用有限，而高级氧化等化学法又高度依赖外加药剂和电能，难以长期可持续运行。我们认为，问题的关键并不在于是否引入更强的氧化手段，而在于如何以更低的能耗，为EC去除持续提供反应所需的电子。

主要结果

该研究提出了“电子交易（electron trade）”这一新概念：将污水中有机物视为内源电子供体，借助污水系统中普遍存在的电活性微生物（EAMs），在缺氧/厌氧区氧化有机物并释放电子；这些电子不再用于低效的发电，而是通过外电路被定向输送至好氧区阴极，驱动氧气发生双电子还原反应，原位合成过氧化氢，甚至进一步生成羟基自由基，从而实现对新兴污染物的广谱、高效降解。本质上，这是一次从“能量回收”向“电子直接利用”的范式转变。

图1.电活性微生物介导的电子交易去除新出现污染物的概念说明

研究意义

该“电子交易”框架在概念上打通了有机物去除与新兴污染物治理之间的壁垒，使污水处理系统内部形成电子的自循环与功能耦合。我们进一步提出了其与现有污水处理厂工艺单元相融合的潜在配置方式，显示出良好的工程兼容性。尽管该理念仍需在更大尺度和复杂工况下系统验证，但我们认为，电子交易为构建低能耗、高韧性的污水处理新范式提供了一个值得关注的方向，也为新兴污染物的可持续控制打开了新的思路。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124900.