近年来,随着生物炭广泛应用于生产生活的各个领域,国内外学者开始关注其对环境的生态效应。生物炭在生产、应用及排放过程中会不可避免地进入污水处理厂(WWTPs)。但目前关于生物炭短期和长期暴露对活性污泥处理废水效能和微生物群落的研究缺乏系统地报道。因此,本文以序批式活性污泥工艺(SBR)为例,系统地研究了不同浓度的生物炭短期及长期暴露对SBR处理苯酚废水效能和微生物群落的影响,并揭示其影响机制。首先考察了不同浓度生物炭短期暴露对SBR处理苯酚废水效能的影响。当生物炭浓度由0增加到4 g/L,可以显著提高SBR降解效率,且其显著高于单独SBR(0 g/L)与单独生物炭-活性污泥高温灭活对苯酚降解效率之和,表明生物炭短期暴露SBR存在生物降解与生物炭吸附间的耦合协同作用,且该耦合作用归因于生物炭短期暴露可以显著提高SBR关键酶活性。乳酸脱氢酶(LDH)和细胞内活性氧簇(ROS)表明,生物炭短期暴露对细胞膜完整性未产生负面影响,且其可以降低苯酚对SBR群落微生物的毒性作用。在此基础上考察不同浓度生物炭长期暴露对SBR处理苯酚废水效能的影响。在50d的运行中,各SBR的苯酚去除率均为100%,且当生物炭浓度由0增加到4 g/L,COD的去除率和SBR的关键酶活性显著增加。胞外聚合物(EPS)含量分析表明,当生物炭浓度由0增加到4 g/L,EPS中的蛋白质和多糖的含量及蛋白质与多糖的比值显著降低。紫外可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)、红外光谱(FTIR)分析表明,当生物炭浓度由0增加到4 g/L,EPS中的分子结构发生显著改变,EPS中芳香族化合物的丰度、芳香环数、共轭键以及与蛋白相关的C=O,-CO-NH、与多糖相关的C-OH,C-O-C,CO和与核酸相关O-P-O的官能团数量逐渐减少。为了进一步研究生物炭长期暴露对SBR的影响,考察了不同浓度的生物炭长期暴露对SBR微生物群落的毒性及结构的影响。LDH和ROS分析表明,生物炭长期暴露未对细胞膜完整性产生影响,且其能够显著降低苯酚对SBR群落微生物毒性的影响。高通量测序进一步表明,生物炭长期暴露显著改变微生物的组成和结构:当生物炭浓度由0增加到4 g/L,微生物群落越趋于丰富且多样性程度降低,且苯酚降解优势菌Comamonas和Cupriavidus的相对丰度显著增加。典型相关分析(CCA)表明,与苯酚和COD冲击相比,生物炭长期暴露显著影响微生物群落的变化。因此,生物炭浓度在0-4g/L的短期和长期暴露均对SBR无毒性作用,且可以显著提高苯酚废水处理效能。