污泥基铁碳复合介体强化厌氧消化耦合微生物电解池中沼液与污泥的同步资源化利用

本研究创新性地利用厌氧污泥制备污泥基铁碳复合介体(SICM)，通过四种制备方法对比，证实SICM的含氧官能团和铁多价态特性可有效促进电子传递。其中Fe@C-B对沼液降解效果最佳(COD去除率86.99%)，Fe@C产甲烷性能最优(301.6 mL/gCOD)。研究揭示了SICM通过富集Fastidiosipila、Anaerolineaceae、Geobacter和Methanosaeta等关键功能菌群，增强AD-MEC系统电子传递效率的作用机制，为沼气工程可持续发展提供了重要理论和技术支撑。

　　

Highlight

通过四种创新制备方法合成的污泥基铁碳复合介体(SICM)，其独特的含氧官能团和铁多价态特性在促进电子传递方面展现出惊人潜力。就像给微生物装上了"纳米级充电宝"，这些复合介体显著提升了系统的能量转换效率。

SICM的合成

实验采用源自柠檬废水处理厂的厌氧颗粒污泥，通过粘附法(Fe-C)、浸渍法(Fe/C)、共沉淀法(Fe@C)和硼氢化钠还原法(Fe@C-B)四种方法制备SICM。其中Fe@C-B就像经过"纳米级锻造"的超级材料，展现出最优异的性能表现。

SICM的表面特性

氮气吸附/脱附等温线显示所有SICM材料均具有IV型孔隙结构（根据IUPAC分类）。有趣的是，在P/P₀低于0.4时，Fe-C材料的吸附能力明显优于其他三种，就像拥有更多"分子级停车场"可以容纳更多气体分子。BET比表面积分析揭示Fe-C具有显著更大的比表面积（具体数据见表1），这为微生物提供了更多"安家落户"的空间。

结论

研究发现SICM就像AD-MEC系统的"性能增强剂"：Fe@C-B成为沼液降解的"冠军选手"，而Fe@C则摘得产甲烷性能的桂冠。这些"智能介体"通过选择性富集Geobacter和Methanosaeta等功能菌群，构建起高效的"电子高速公路"，为沼气工程的可持续发展提供了创新解决方案。