处理高浓度硝酸盐工业废水（如不锈钢酸洗、光伏、核工业废水）是废水脱氮领域的一大挑战。传统的异养反硝化需要大量有机碳源，且产生大量剩余污泥。自养脱氮工艺近年来备受青睐。零价铁（ZVI）作为一种廉价、多功能的活性材料，可以与水和水中的硝酸盐发生非生物反应，ZVI将硝酸盐还原，自身被氧化为Fe²⁺、Fe³⁺并释放出H₂和OH⁻。其还原产物（亚硝酸盐、氨氮）恰好可以作为厌氧氨氧化（Anammox）菌的底物。本研究的创新点在于，将ZVI这种非生物的化学反应，与Anammox菌以及可能的自养反硝化菌（利用H₂或Fe²⁺作为电子供体）的生物过程相耦合，试图在无外加有机碳源的情况下，构建一个以ZVI为核心驱动力的自养脱氮新体系。

  实验在厌氧序批式反应器中进行，添加不同剂量的微米级ZVI粉末到富集了厌氧氨氧化菌的污泥中。结果表明，适量的ZVI（5g/L）显著促进了总氮的去除。同位素¹⁵N示踪技术精确地证明，ZVI的存在并未抑制Anammox菌本身的活性，Anammox途径对总氮去除的贡献约占60%。剩余的脱氮贡献主要来自于自养反硝化过程，即ZVI腐蚀产生的H₂和Fe²⁺作为电子供体，被体系中的氢自养反硝化菌和铁自养反硝化菌利用，将部分硝酸盐还原为亚硝酸盐和氮气。微生物群落分析也印证了这些功能菌群（如Rhodanobacter, Thiobacillus等）丰度的增加。

  然而，ZVI投加量过高（>10g/L）则会产生负面影响。过多ZVI快速腐蚀导致pH急剧升高（>9），抑制了Anammox菌的活性；同时，ZVI将大量硝酸盐过度还原为氨氮，打破了体系的底物平衡。通过采用较低剂量的ZVI、并用CO₂缓冲pH，可以有效地稳定这一复杂的人工生态系统。该研究初步揭示了ZVI-ANAMMOX耦合体系中，非生物反应与多种自养微生物过程之间错综复杂的协同与竞争关系，为开发以ZVI为核心的自养脱氮新工艺提供了理论框架。

标签: