铁介导的羟基自由基(•OH)生成机制及其在污水系统硫化物去除中的增效作用

本研究创新性地构建了铁氧化动力学模型，首次量化了污水系统中铁介导的羟基自由基(•OH)生成过程，揭示了Fe(II)/FeS氧化途径对硫化物(S2-)去除的增效机制。通过30天反应器实验证实，富集FeS的需氧系统硫化物去除率提升至58%（对照组12%），为污水管网化学-生物协同处理提供了新策略。

　　

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模型开发

本研究开发了定量描述污水系统铁盐投加条件下羟基自由基(•OH)生成与消耗的动力学模型。该模型整合了9个化学转化过程、1个微生物过程及1个气体交换过程（见图1）。关键发现包括：

• •OH生成过程：在污水环境中，二价铁(Fe(II))主要以FeS颗粒形式存在，其氧化过程会产生强氧化性的•OH自由基。

长期硫化物去除增强的证据

通过30天的污水反应器实验（R1厌氧、R2好氧、R3好氧+FeS富集沉积物）发现：R3组出水硫化物浓度降至4.5±2.6 mg S/L，较对照组(R1)降低58%，显著优于普通好氧系统(R2)的12%去除率。这表明FeS颗粒氧化可大幅提升硫化物去除效率。

结论

本研究首次建立量化铁介导•OH生成的集成模型，主要发现：

• 模型准确预测了污水管网中•OH产量及硫化物氧化增强效应

• 明确三种关键硫化物氧化途径（•OH、Fe(III)、O₂），其中•OH途径贡献率达62-78%