铁碳微电解耦合聚乙烯醇-海藻酸钠固定化强化地下水硫酸盐去除：功能群落调控与硫闭环回收

摘要

针对地下水环境中日益严重的硫酸盐污染问题（主要源于采矿、化工等工业活动及农业面源污染）,本研究提出并验证了一种基于铁碳微电解与PVA-SA固定化技术的硫还原-固定-资源化闭环处理新方法。通过构建模拟含水层环境的上流式填充反应柱，系统对比了石英砂（控制组）、PVA-SA包埋麦饭石（Ma组）和PVA-SA包埋铁碳-麦饭石（FeC-Ma组）对硫酸盐的长期去除性能及硫固定效果。结果表明：FeC-Ma组出水硫酸盐浓度稳定维持在136.1 mg/L（平均去除率90%）,显著优于控制组（230.3 mg/L, 80.4%）;铁碳微电解通过原位生成FeS沉淀将硫化物高效固定于凝胶基质，第Ⅰ阶段（HRT=2 d）出水硫化物浓度仅2.1 mg/L（控制组为182.5 mg/L）,持续运行40天后仍保持70%固定效率；宏基因组分析进一步揭示，硫酸盐还原阶段FeC-Ma体系通过协同富集完全氧化型硫酸盐还原菌（如Desulfococcus）、上调异化还原基因簇（aprA/B-dsrA/B）表达，并抑制产甲烷菌（Methanothrix丰度降低52%）,驱动硫定向沉淀；基于固定硫作为电子供体开展的独立硫自养反硝化实验，成功实现硝酸盐高效还原（出水NO₃^--N浓度<5 mg/L）,硫元素回收率达82.1%。该技术为地下水硫酸盐污染治理与硫资源回收提供了高效解决方案。

关键词

铁碳微电解 / PVA-SA凝胶 / 硫回收 / 地下水修复 / 硫酸盐还原菌