【可持续发展污水处理技术专题】中山大学骆海萍老师团队：微生物耦合CdS光催化降解磺胺甲恶唑的机理研究

文章来源： 《工业水处理》2022年第6期

第一作者 ：陈泉林

通讯作者 ：骆海萍

合作单位 ：中山大学环境科学与工程学院，中国科学院深圳先进技术研究院

（1）利用产乙酸混菌自身的解毒机制和代谢过程自合成CdS，构建了微生物耦合CdS光催化系统，研究了该系统对典型个人药品和护理用品类（PPCPs）污染物——磺胺甲恶唑（SMX）的降解效果，展现了微生物耦合光催化系统在处理PPCPs污染物的污水的巨大潜能。

（2）对产乙酸混菌-CdS耦合系统在不同条件下对SMX的降解效果进行了对比，考察了CdS浓度对降解性能的影响，结果表明，微生物耦合光催化系统降解SMX的表现优于单一光催化降解或生物降解，提高耦合系统中CdS浓度能够显著提升SMX的降解效果和反应速率。

（3）通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）正负离子模式分别对微生物降解、CdS光催化降解以及微生物耦合CdS光催化降解SMX过程中的产物进行检测及对比，从而推导出SMX可能的微生物降解路径、光催化降解路径以及微生物耦合CdS光催化系统降解途径。微生物耦合CdS系统在降解SMX时同时存在光催化降解和生物降解过程，微生物降解和CdS光催化协同促进SMX转化为结构简单的产物——3-氨基异恶唑，发挥了生物降解和光催化降解的双重优势。

（1）采用自养产乙酸混菌成功构建微生物耦合CdS系统，实现对SMX的高效去除，这一系统有望实现PPCPs污染物的高效降解，为处理PPCPs污染物污水的研究和应用提供新思路。

（2）系统分析了SMX在光催化和生物降解过程的中间产物，探究其对磺胺甲恶唑的降解机制将为该系统的实际环境应用提供可靠的技术支持，亦可加深研究者对自然界中太阳光驱动作用下矿物与微生物之间相互作用的理论认知。

磺胺甲恶唑（SMX）是一种典型的磺胺类抗生素，在环境中的稳定性强，难以被微生物降解，且其在水中的迁移能力强，对地下水和饮用水安全构成一定的威胁，目前常规污水处理工艺对SMX的去除效果有限，物理去除技术、高级氧化技术、生物处理技术等都存在一定的技术制约。

微生物耦合半导体光催化系统能够结合微生物的生物催化性能和半导体材料的光催化降解性能，在含多环芳烃、偶氮染料等废水的处理中展现出优异的降解性能。同型产乙酸菌在Cd ²⁺ 胁迫下能够利用自身代谢过程在温和条件下形成具有特定形态和结构的CdS纳米颗粒，在构建产乙酸混菌-CdS耦合系统中，CdS在光激发下产生的电子能够为同型产乙酸菌提供电子供体，在无其他电子供体存在的情况下实现高效产酸和光能向化学能的转化，促进微生物的光电化学过程，将复杂污染物转化为结构简单的中间产物，光催化和生物催化的协同作用有望实现SMX的高效降解。

目前关于SMX降解的研究多以纯菌为主，关于混合菌群-CdS耦合系统降解SMX的研究甚少。同时微生物耦合半导体光催化系统在降解药品和个人护理用品（PPCPs）污染物的效果及机制研究仍较为欠缺。

本研究采用产乙酸混菌构建产乙酸混菌-CdS耦合系统，通过SEM、EDS、XRD表征证实CdS在细菌表面成功合成，考察了该系统对SMX的降解性能和CdS浓度对降解效果的影响，利用LC-MS分别探究了SMX的生物降解路径、光催化降解路径以及在微生物耦合光催化系统中的降解路径。

第一作者 ：陈泉林，硕士研究生。电话：18860366397，E-mail：chenqlin5@mail2.sysu.edu.cn。

通讯作者：骆海萍，副教授。E-mail：luohp5@mail.sysu.edu.cn。

（ 来源 ：《工业水处理 》 2022年第6期 ）