铁(III)与硫酸盐协同作用下厌氧氨氧化的电子传递机制及其在废水处理中的应用

这篇研究揭示了铁(III)（Fe(III)）和硫酸盐（SO42-）在厌氧条件下对氨氧化（Anammox）的协同促进作用，通过胞外电子传递（EET）机制，实现了铵（NH4+）和总无机氮（TIN）的高效去除（分别提升10.6-14.7%和4.3-18.1%）。研究明确了Feammox（铁氨氧化）、Sulfammox（硫酸盐氨氧化）、Anammox和反硝化（Denitrification）对氮损失的贡献比例（9-39%、53-87%、4-13%），并发现过量铁(III)（>10 mg/L）的抑制作用可通过硫酸盐形成的保护层（含铁硫酸盐水合物）缓解。成果为废水处理提供了节能技术，并深化了对自然生态中硫-铁-氮循环互作的理解。

　　

Highlight

本研究揭示了厌氧条件下铁(III)（Fe(III)）和硫酸盐（SO₄^2-）对氨氧化的协同效应：二者联合添加时，铵（NH₄⁺）和总无机氮（TIN）的去除率显著高于单独添加的总和，表明铁与硫酸盐在脱氮过程中存在协作关系。Feammox（铁氨氧化）、Anammox（厌氧氨氧化）和反硝化（Denitrification）分别贡献了9%-39%、53%-87%和4%-13%的氮损失。然而，当铁(III)浓度超过10 mg/L时，铵和TIN去除率分别下降10.5%和20.2%，归因于铁积累的抑制作用。有趣的是，硫酸盐的补充可通过形成含铁硫酸盐水合物和磷灰石的保护层（减少21%的铁胞内积累）缓解毒性。

¹⁵N稳定同位素示踪和羟胺氧化产生的N₂O（同位素体分析）证实，铁(III)和硫酸盐的添加增强了Sulfammox和Feammox过程。Feammox可能由细胞色素c和腐殖酸介导的好氧氨氧化菌（AOB）/Anammox菌与铁还原菌之间的胞外电子传递驱动，或由Anammox菌单独通过肼合酶催化氨氧化及细胞色素c介导的铁还原完成。Sulfammox则可能依赖细胞色素c、腐殖酸和富里酸在AOB/Anammox菌与硫酸盐还原菌间的电子传递。Feammox和Sulfammox产生的亚铁（Fe²⁺）和硫化物（S^2-）可进一步通过自养反硝化再氧化，并刺激反硝化途径的N₂O生成。

Conclusion

本研究阐明了Anammox、反硝化、Sulfammox和Feammox在脱氮中的互作与电子传递机制，为废水处理提供了节能技术，并为自然生态中硫-铁-氮循环的交互作用提供了新见解。