**论文标题中文翻译** 硅（Si）诱导植硅体（Phytolith）积累增强大麦（Hordeum vulgare L.）碳封存能力用于缓解气候变化

《Sustainability》：Enhancing Carbon Sequestration in Barley via Silicon-Induced Phytolith Accumulation for Climate Change Mitigation Wies?aw Piotr Szulc, Maciej Szymański, Witold Szulc, El?bieta Wszelaczyńska, Jaros?aw Pobere?ny and Beata Rutkowska

　　

**摘要中文翻译**
当前，城市污水处理厂废水中微污染物的去除正引起广泛关注。首先，这是因为微污染物在环境中的归宿不可预测且具有潜在危害；其次，这源于新颁布的欧盟（EU）指令2024/3019中的相关要求。本文评估了混凝、二氧化氯（ClO₂）氧化、砂生物滤池及其组合作为成熟但更昂贵方法的潜在更廉价且可持续的替代方案。实验中选择了西酞普兰（Citalopram, CIT）、卡马西平（Carbamazepine, CBZ）和双氯芬酸（Diclofenac, DCF）作为微污染物的代表。去除效率通过高效液相色谱（HPLC）、化学需氧量（COD）和不同波长的紫外-可见光（UV/VIS）吸光度进行评估。二氧化氯的需求量通过氯酚红法进行测定。由于分析局限性，所研究的浓度单位为毫克每升（mg/L），这显著超过了废水中实际存在的浓度。单独使用二氧化氯氧化显示出最佳性能，因其能充分去除西酞普兰和双氯芬酸。相反，生物降解被发现是效率最低的方法，因为在短时间内没有一种被测试的化合物得到充分去除。然而，由于所评估微污染物的浓度较高，结果可能存在部分偏差。在后续研究阶段，需要评估转化产物，以防止此类潜在有害化学物质进入环境。

**论文主体部分解读**
废水中的微污染物（Micropollutants），如药品、个人护理产品、农药和各类添加剂，因其在环境中的普遍存在而引发日益增长的担忧。尽管这些物质在环境和废水中以痕量浓度（微克/升μg/L甚至纳克/升ng/L）存在，但由于其高毒性、持久性和/或生物累积性，仍可能影响人类健康和环境质量。许多情况下，特定化合物的危害尚未完全明确，但其向环境的排放已足以引起重视。因此，减少污染物向环境的排放以及从环境中去除污染物已成为多个技术领域的热点，尤其是在废水处理方面。传统污水处理厂（WWTPs）是环境中微污染物的重要来源，因为常规工艺只能去除检测到的30%至65%的微污染物。此外，新的欧盟指令（Directive (EU) 2024/3019）要求对某些化合物进行监测并至少达到80%的去除率。引入深度处理（第四级处理）还应能实现处理水的更广泛回用，例如用于农作物灌溉，而无需担心微污染物被作物吸收并进入食物链。这种水资源回用不仅对水资源匮乏地区具有积极意义，也将普遍促进水资源可持续性。现有的所谓深度处理方法（如吸附、膜分离、混凝、高级氧化工艺AOPs和生物降解）虽然通常可用，但更常见于水处理或消毒过程。其中，臭氧氧化（Ozonation）、粉末活性炭（PAC）和颗粒活性炭（GAC）是瑞士等地实践的主要技术，但这些技术成本高昂，且能源和材料需求高，与可持续性原则相悖。因此，本研究聚焦于微污染物去除的替代方法，即二氧化氯（ClO₂）氧化、混凝和生物膜降解，旨在评估它们作为更廉价、更可持续替代方案的潜力。

为开展研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，在实验室规模下，以某市政污水处理厂（人口当量PE约70，000）的二级处理出水为基质，进行了混凝预处理实验，使用硫酸铁[Fe₂(SO₄)₃]作为混凝剂，通过烧杯实验确定最佳投加量并评估其对原水及加标微污染物水样的去除效果。其次，开展了二氧化氯（ClO₂）氧化实验，包括单独氧化以及混凝后氧化，通过氯酚红法（CPR）测定残余ClO₂浓度，并评估其对废水化学需氧量（COD）和加标微污染物的去除效率。第三，构建并运行了一个连续循环的砂滤生物反应器模型，使用水厂砂作为生物载体，研究生物膜对微污染物的长期生物降解能力，并采用荧光原位杂交（FISH）技术对生物膜中的微生物群落进行定性分析。整个研究在实验室温度（18–23 °C）下进行，分析手段包括高效液相色谱（HPLC）、化学需氧量（COD）测定和紫外-可见光谱（UV/VIS）分析。

研究结果部分，首先在“混凝预处理”中，研究人员通过烧杯实验发现，对于原废水，投加0.6 mL/100 mL的4.1 wt.% Fe₂(SO₄)₃为最佳剂量，可将COD降至12.3 mg/L。在加标微污染物的实验中，单独混凝对双氯芬酸（DCF）的去除率较高（约70%），但对西酞普兰（CIT）和卡马西平（CBZ）的去除率均低于10%，证实了单独混凝不足以有效去除所有微污染物。

其次，在“二氧化氯氧化”部分，研究分为两个方面。一是单独氧化：使用过量（20 mg/L）的ClO₂氧化加标废水1小时，结果显示对DCF和CIT的去除率很高（分别为100±0%和86.2±2.2%），但对CBZ的去除率很低（7.9±2.0%）。这与文献中报道的CBZ难被氧化、CIT和DCF易被氧化的趋势一致。二是混凝后氧化：对原废水混凝后的上清液进行氧化，发现氧化步骤显著提高了去除效率。然而，一个有趣的现象是，当将混凝和氧化联用时，对CIT的去除效率（从单独氧化的86.2%急剧下降至<0.25%）远低于单独氧化，而对CBZ的去除效率（从单独氧化的7.9%提升至19.7%-33.9%）则有所提高。DCF的去除率保持在100%。这种组合处理对不同污染物去除效率的差异化影响，其具体机理尚不明确，有待进一步研究。

第三，在“砂滤生物膜活性”方面，研究人员构建了连续循环的砂滤生物反应器，并培养了生物膜。在原废水驯化阶段，通过监测254 nm波长的吸光度和COD变化，观察了生物膜的成熟过程。随后进行的加标微污染物降解实验表明，只有CIT在14天的实验周期内表现出可检测的生物降解趋势，其浓度呈指数下降，一级动力学常数为0.057 天^-1。对于CBZ和DCF，在14天内未观察到显著的浓度变化或生物降解迹象。生物膜的FISH分析显示，其中大部分为异养菌（Organotrophs），硝化细菌（AOB和NOB）和聚磷菌（PAO）的代表性较低，符合生物膜分层结构的典型特征。

研究的讨论与结论部分指出：单独混凝对微污染物的去除效果有限；二氧化氯氧化对DCF和CIT表现出良好的去除潜力；混凝与氧化的联合处理对去除效果的影响具有污染物特异性，其机理需进一步探索；生物降解仅对CIT表现出有限的效果，且速率较慢，这可能与生物膜未完全稳定以及实验中采用的高浓度加标有关。在所有测试方法中，CBZ最难被去除，无法达到欧盟指令要求的80%去除率。未来研究需要在更接近实际废水的低浓度条件下验证这些方法的效果，并评估转化产物的潜在风险。总体而言，尽管存在挑战，但深度处理在防止危险化合物及其代谢物进入环境、促进水资源可持续管理方面具有重要潜力。