在一些典型的农业和农村区域，由于大量化肥的施用和畜禽养殖废水的排放，地下水中同时检出高浓度的硝酸盐和微量抗生素（如四环素类）的现象日益普遍。硝酸盐会导致高铁血红蛋白症，而微量抗生素的长期存在会诱导环境细菌产生抗药性。传统的离子交换或反渗透等物理化学法，虽然能去除硝酸盐，但会产生高浓度再生废液，且不降解抗生素。反渗透浓水也面临处置难题。将专性反硝化菌固定化于多孔生物炭载体上，形成一种“吸附富集-生物降解”协同的功能材料，有可能实现对这两种性质迥异的污染物的原位同步、无害化去除。

  本研究从长期受畜禽废水影响的底泥中，分离筛选出两株兼具好氧反硝化和四环素降解能力的菌株，经16S rRNA鉴定均为假单胞菌属。以农业废弃物稻壳为原料，在600℃下热解制备了具有丰富孔道结构的生物炭，将其作为微生物固定化的载体。将生物炭投入含菌培养液中，在摇床中培养48小时，使反硝化菌在炭表面和孔内形成致密的生物膜。SEM图像显示，炭的孔隙内聚集了大量短杆状的细菌细胞。这种生物炭-反硝化菌复合材料，同时具备了生物炭的高效物理吸附和生物膜的持续生物降解双重功能。

  批次实验表明，在进水NO₃⁻-N浓度为50mg/L、四环素浓度为5mg/L的混合溶液中，该复合材料在24小时内对硝酸盐的去除率达到98%，产物以氮气为主；对四环素的去除率达到92%，其中生物炭的快速吸附贡献了约70%，随后由生物膜内的四环素降解菌进行慢速的原位降解，使吸附位点得到再生。在连续流柱实验中，以天然地下水配制的模拟污染水为进水，连续运行30天，复合材料对硝酸盐的去除率始终保持在95%以上，穿透曲线平稳，未出现因吸附饱和而失效的现象。该生物炭-反硝化菌复合材料为地下水硝酸盐与抗生素复合污染的同步原位修复，提供了一种低成本、高效率、且可再生的生物强化修复介质。

标签: