"铁基材料-污泥"协同系统：一种高效彻底的偶氮染料废水处理新策略

本研究创新性地构建了纳米零价铁(nZVI)与厌氧污泥协同处理体系，通过材料-微生物互作机制显著提升染料脱色率（较单一污泥系统提高17.04-21.97%）。研究揭示了纳米材料通过调节微生物抗氧化酶活性维持氧化平衡，促进产甲烷菌属(Ethanoligenens/Caproiciproducens)富集的机理，并成功开发出脱色率>95%、COD去除率>85%的ZVI-A/O微生物燃料电池(MFC)系统，为染料废水处理提供了兼具高效性和可持续性的解决方案。

　　

Highlight

本研究成功合成nZVI和nZVI/Cu纳米材料，并将其整合至生物厌氧处理系统。两种铁基纳米材料在染料废水处理中均展现出协同效应：一方面通过强还原性实现快速脱色，另一方面其氧化释放的电子可转移至微生物促进代谢。

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化学品

实验采用国药集团购买的甲基橙作为模型染料，所有生化检测试剂盒均来自苏州格雷斯生物技术公司，DNA提取试剂盒购自Omega Bio-Tek公司。

合成与表征

合成的nZVI颗粒呈现不均匀分布（图1A），XRD分析显示其在2θ=45.622°处出现典型铁晶格衍射峰（图2C）。nZVI/Cu则表现出更规则的核壳结构，EDS证实其含有铁铜双金属成分（图2D）。

结论

通过将nZVI与厌氧污泥联用，系统在连续处理过程中保持33.00 mL/d的稳定产气量，显著高于单一污泥系统（8 mL/d）。优化设计的ZVI-A/O MFC系统可实现染料脱色率>95%、COD去除率>85%、NH₄⁺-N去除率>86%的优异性能，且系统内电子主要参与CH₄生成过程。

Conclusion

铁基材料通过维持严格厌氧环境延缓自身腐蚀，同时其腐蚀产物(Fe²⁺/H₂)作为电子供体促进微生物代谢，这种"材料-微生物"双向赋能机制为高难度有机废水处理提供了新思路。