综述：Feammox——一种“绿色”脱氮工艺：微生物群落、相关因素、优势与废水处理挑战

这篇综述系统阐述了Feammox（铁氨氧化）作为新型厌氧脱氮工艺的机制与应用。作者创新性地整合了耦合途径（Anammox/NDFO等）、定量解析了功能微生物群落（IRB/IOB等），并首次构建了该工艺在能耗（较NDN节能75%）、碳源需求（无需COD）及温室气体排放（N2为主产物）方面的综合评估框架，为低碳废水处理提供了理论支撑与技术路径。

　　

Feammox反应机制

Feammox以Fe(III)为电子受体将NH₄⁺氧化为N₂/NO₂^-/NO₃^-，其核心在于胞外电子传递（EET）机制。中性pH下，不溶性Fe(OH)₃通过微生物纳米线（如Geobacter的pili蛋白）或电子穿梭体（醌类/腐殖质）实现电子转移。关键酶如细胞色素c（Cytochrome c）和铁还原酶（Ferric reductase）驱动Fe(III)还原，而铵氧化途径仍待解析。

耦合工艺协同效应

Feammox可与多种工艺形成闭环：

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  Anammox联用：Feammox产生的NO₂^-被Anammox菌直接利用，提升脱氮效率达40%；

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  NDFO互补：副产物Fe²⁺通过硝酸盐依赖型亚铁氧化（10Fe²⁺+2NO₃^-→N₂）实现铁氮循环；

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  微氧调控：间歇曝气下可实现短程硝化（PN）与Feammox并联，解决NO₂^-供给难题。

微生物群落图谱

高通量测序揭示三大功能群：

1. 1.

   独立功能菌：如Acidimicrobiaceae sp. A6（唯一验证菌株），可单独完成Feammox；

2. 2.

   潜在协同菌：Geobacter（铁还原）、Brocadia（Anammox）、Pseudomonas（反硝化）构成共生网络；

3. 3.

   环境敏感菌：Rhodocyclaceae在低pH下主导，而Gallionella偏好高Fe(II)环境。

关键调控因素

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  pH：5.5-7.5时活性最高，过酸抑制酶活，过碱阻碍Fe溶解；

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  铁形态：无定形Fe(OH)₃比晶体态更易还原，纳米零价铁（nZVI）可提升电子传递速率3倍；

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  碳氮比：葡萄糖＞2g/L时会引发异养菌竞争，但微量腐殖酸（0.5mM）可促进EET。

工程化挑战与突破

尽管Feammox具有“零碳源投加”优势，其脱氮速率（0.05-0.2kgN/m³/d）仅为Anammox的1/10。近期研究通过生物强化（添加A6菌剂）和反应器优化（填充导电材料）使速率提升至0.35kgN/m³/d，为实际应用铺平道路。未来需聚焦酶机制解析和功能菌群定向富集，以释放这一绿色技术的全部潜能。