Enhanced co-removal of nutrients and glyphosate from rural sewage in siphon-driven constructed wetlands: Optimization and mechanisms.
Water Res · 2026 · 298:125812 · PMID 41894881 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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인공 습지(CW)는 종종 탄소/산소 가용성이 제한적이고 산화환원 상태가 제대로 제어되지 않아 농촌 하수로부터의 오염물질 제거에 제약이 따른다. 따라서, 일반적인 농촌 오염물질인 글리포세이트($N$-(phosphonomethyl)glycine, PMG)와 전형적인 폐수 오염물질(탄소(C), 질소(N), 인(P))의 공동 제거를 위해 사이펀 구동식 인공 습지(S-CWs)가 최적화되었다. S-CWs는 최대 8 mg/L까지 내성이 있는 강력한 PMG 저항성을 보였으며, 각각 PMG, N 및 P 제거율에서 50.91–92.14%, 50.93–56.82% 및 96.19–97.18%를 달성하였다. 이러한 결과는 무산소 및 폭기식 CWs에 비해 우수한 성능을 나타냈다. 메커니즘 분석 결과, PMG 제거는 S-CWs의 호기성 탄소 풍부 유입 영역에서 생물학적 분해에 의해 지배되는 것으로 나타났다. 이 과정은 Alcaligenes 및 Geobacillus와 같은 속과 aminomethylphosphonic acid (AMPA) 및 C-P lyase 경로를 통한 PhnI, PhnJ와 같은 효소에 의해 구동되었으며, 이는 메타지노믹스 및 AlphaFold 3 예측을 통해 확인되었다. PMG는 탈질화를 억제하여 N 제거를 일시적으로 저해했으나, 질산화에는 영향을 미치지 않았다. 그러나 135일 동안의 미생물 적응을 통해 높은 PMG 스트레스(10 mg/L) 하에서도 첫 번째 50% 경로를 따라 N 제거가 회복되었다. 반면, P 제거는 추가적인 PMG 유래 P가 총 P 부하를 증가시키고 기질 흡착 포화 속도를 가속화함에 따라 시스템 전반에 걸쳐 더 지속적으로 저해되었다. 장기간 운영은 S-CWs의 견고성을 확인시켜 주었으며, 여기에는 배출수 독성 감소, 건강한 식물 성장, 낮은 산화 스트레스 및 최소한의 막힘(단지 1.40–13.53%의 공극률 감소)이 포함되었다. 이러한 관찰 결과는 PMG가 함유된 농촌 폐수를 처리하는 데 있어 S-CWs의 수리학적 안정성과 장기적인 적합성을 강조한다.ORIGINAL ABSTRACT
Constructed wetlands (CWs) often suffer from limited carbon/oxygen availability and poorly controlled redox conditions, constraining pollutant removal from rural sewage. Hence, siphon-driven CWs (S-CWs) were optimized for the co-removal of the typical rural pollutant glyphosate (N-(phosphonomethyl)glycine, PMG) and typical wastewater pollutants (carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P)). S-CWs exhibited strong PMG resilience, tolerating up to 8 mg/L, and achieved 50.91-92.14%, 50.93-56.82% and 96.19-97.18% for PMG, N and P removal, respectively. These results indicated superior performance compared with unaerated and aerated CWs. Mechanistic analysis showed that PMG removal was dominated by biodegradation in the aerobic, carbon-enriched inlet area of S-CWs. This process was driven by genera such as Alcaligenes and Geobacillus, and enzymes like PhnI, PhnJ via aminomethylphosphonic acid (AMPA) and C-P lyase pathways, as confirmed by metagenomics and AlphaFold 3 predictions. PMG transiently inhibited N removal by suppressing denitrification but not nitrification. However, microbial adaptation over 135 days restored N removal along the first 50% pathway, even under high PMG stress (10 mg/L). In contrast, P removal was more persistently inhibited throughout the system, as the additional PMG-derived P increased total P load and accelerated substrate adsorption saturation. Long-term operation confirmed the robustness of S-CWs, including reduced effluent toxicity, healthier plant growth, lower oxidative stress, and minimal clogging (only 1.40-13.53% porosity decline). These observations highlight the hydraulic stability and long-term suitability of S-CWs for treating PMG-laden rural wastewater.| 저자 | Zhao, Y.; Li, Y.; Zheng, Y.; Yan, P.; Lai, Y.; Wang, X.; Zhuang, L. L.; Zhang, J. |
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| 저널 | Water research |
| 권·호·쪽 | 298, 125812 |
| PMID | 41894881 |
| DOI | 10.1016/j.watres.2026.125812 |
| MeSH | Wetlands; Glyphosate; Glycine; Sewage; Phosphorus; Nitrogen; Waste Disposal, Fluid; Water Pollutants, Chemical; Wastewater |