《Bioresource Technology》：Perfluorobutanoic acid altered bacterial and eukaryotic community structures and microbial interactions in algal-bacterial granular sludge system
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PFBA对藻菌共生颗粒污泥系统的影响及机制研究。通过120天梯度浓度（0.1-10 mg/L）实验，系统揭示了低浓度PFBA促进TP去除效率（+6.80%）及EPS分泌（11.97→19.47 mg/g MLVSS），改变微生物群落组成与相互作用，而高浓度导致污泥结构破坏和活性下降。
唐天奇|肖海河|姚涛|王一文|聂振川|王玉琳|李园|王晓辉
北京化工大学化学工程学院水净化环境材料工程研究中心，中国北京100029
摘要
作为一种新型的废水处理技术，藻-细菌颗粒污泥（ABGS）技术在应对全氟丁酸（PFBA）等新兴污染物方面尚未得到充分研究。本研究进行了一项为期120天的实验，以探讨ABGS系统对进水中共氟丁酸浓度逐渐增加的响应。0.1和1毫克/升的PFBA浓度对ABGS的氮和磷去除性能产生了影响，在C阶段平均总磷去除效率提高了6.80%。然而，10毫克/升的PFBA浓度导致系统性能下降。PFBA可以通过吸附作用在ABGS系统中部分去除。污泥的平均粒径从2.19毫米减小到1.72毫米，污泥活性降低，但其沉降性仍然良好。暴露于PFBA后，胞外聚合物物质（EPS）的分泌量从11.97毫克/克MLVSS增加到19.47毫克/克MLVSS。PFBA的添加改变了细菌和真核生物群落的分布和组成。随机过程在细菌和真核生物群落中占主导地位。细菌群落表现出趋同策略的倾向，而真核生物则表现出轻微的专门化趋势。分子生态网络分析显示，在PFBA胁迫下，细菌-真核生物之间的连接比例增加。例如，叶绿体门（Chloroplastida）与假单胞菌门（Pseudomonadota）保持关联。这些发现为含PFBA废水的处理提供了新的见解。
引言
全氟丁酸（PFBA）是一种典型的短链全氟化合物，在对长链全氟化合物的监管限制日益严格的背景下，它被广泛用作全氟辛酸（PFOA）的替代品。作为一种表面活性剂和添加剂，PFBA在消费和工业领域得到广泛应用。由于其化学稳定性和抗降解性，近年来在地表水、工业废水、沉积物和公共水源中越来越多地检测到PFBA（Zhang等人，2020年）。具体而言，在西班牙和葡萄牙的污水处理厂中检测到PFBA的浓度范围为15至115纳克/升（Montes等人，2023年）。PFBA具有生物毒性，可能对现有污水处理厂的运行产生负面影响（Liu等人，2025a）。
藻-细菌颗粒污泥（ABGS）是一种特殊的颗粒污泥，由好氧颗粒污泥（AGS）发展而来，其中加入了藻类以建立共生关系。先前的研究表明，0.1–1毫克/升的全氟辛烷磺酸（PFOS）会加剧AGS系统内微生物网络的负面相互作用，从而降低氮和磷的去除能力（K. Wang等人，2024年）。相比之下，当暴露于0.1至0.5毫克/升的PFOS时，由于反硝化细菌（Dechloromonas）的数量增加，AGS系统的总氮去除效率提高了9.51%（Xu等人，2023年）。藻类由于其光合作用能力和多功能特性，在生物修复领域具有巨大潜力。Liu等人（2025b）发现，低浓度的PFBA（30.97–92.93毫克/升）对普通小球藻（Chlorella vulgaris）的生长有促进作用。与AGS系统相比，使用外源关键藻类（雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）构建的ABGS系统能有效降低水平基因转移率和跨相抗生素抗性基因转移（Kiki等人，2023年）。藻类的存在有助于缓解PFOA引起的氧化应激，并富集反硝化细菌（Zoogloea、Thauera）和硝化细菌（Nitrospira），从而使ABGS的运行性能优于AGS（Ji等人，2025年）。藻类不仅可以为AGS提供氧气以降低能耗，还可以通过生物吸附和生物降解减轻对AGS的损害。然而，目前关于ABGS的研究主要集中在长链PFAS的影响上，而短链PFAS对反应器性能、微生物群落演替以及ABGS中物种间相互作用的影响仍不清楚。
因此，本研究旨在通过梯度应力测试设计，探讨不同PFBA浓度（0.1、1和10毫克/升）对成熟ABGS系统的影响。具体目标包括：（i）分析整体系统性能和ABGS特性；（ii）探索微生物群落演替；（iii）研究微生物组装机制和物种进化转变；（iv）基于分子生态网络分析细菌和真核生物之间的相互作用。
实验部分
ABGS反应器的设置和运行
种子污泥取自一个已稳定运行了一年的ABGS反应器，其MLSS为3.058±0.102克/升，SVI30为76.52±4.21毫升/克。ABGS在SBR反应器中培养，使用的是用自来水配制的合成废水，其中含有60毫克/升的NH4+-N（NH4Cl）、8毫克/升的磷酸盐（K2(PO4)3）、600毫克/升的COD（CH3COONa）和微量元素。SBR反应器采用厌氧-好氧（A-O）模式运行，每个循环持续4小时，共进行6个循环
污染物去除
ABGS系统的性能受到不同PFBA浓度的影响（图1a）。尽管COD的去除效率始终保持在85%以上，但随着PFBA浓度的增加，出水COD浓度从48.22毫克/升降至38.95毫克/升，随后又升至79.13毫克/升。在较低的PFBA浓度（0.1和1毫克/升）下，TP去除效率分别提高了4.90%和6.80%，这表明有限的PFBA暴露可能有助于改善系统性能
结论
这项为期120天的研究表明，ABGS系统对全氟丁酸（PFBA）胁迫表现出明显的浓度依赖性响应。中等浓度的PFBA增强了氮和磷的去除效果，当PFBA浓度为1毫克/升时，TN和TP的去除效率分别达到了76.25%和94.34%。相比之下，高浓度的PFBA（10毫克/升）导致污泥分解、微生物活性降低以及处理性能下降。暴露于PFBA后，EPS的分泌量增加。
CRediT作者贡献声明
唐天奇：撰写——初稿、软件使用、实验研究、数据分析、概念构建。肖海河：方法设计、实验研究、数据管理、概念构建。姚涛：撰写——审稿与编辑、监督、概念构建。王一文：数据可视化、实验研究、数据分析。聂振川：数据可视化、实验研究。王玉琳：监督、资金筹集。李园：监督、资金筹集、概念构建。王晓辉：撰写——审稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家关键研发项目（项目编号：2022YFA0912500）和中央高校基本科研业务费（中国）（项目编号：JD2506）的支持。
