不同粒径零价铁对污泥厌氧消化反应过程的影响机制

摘要

零价铁（Fe⁰）作为一种性能优异的还原物质，被广泛应用于环境修复和污染治理。虽然已有研究报道Fe⁰能够强化污泥厌氧消化效能，但其潜在微生物学机制过程尚不明晰。对比考察不同粒径Fe⁰(500 nm（nFe⁰）、50μm（μFe⁰）和2 mm（mFe⁰）)对污泥厌氧消化反应稳定性和产甲烷（CH₄）效能的过程影响，探究污泥厌氧微生物群落在Fe⁰胁迫作用下的变化特征和组成差异，进一步解析Fe⁰强化污泥厌氧产CH₄效能的内在微生物学机制。结果表明，Fe⁰能加快污泥厌氧消化反应进程，促进污泥胞外聚合物（EPS）多糖和蛋白质的分泌，挥发性脂肪酸（VFAs）和CH₄生成量分别可提高14.4%～41.2%和16.1%～54.2%,且nFe⁰和μFe⁰强化效果明显优于mFe⁰。此外，Fe⁰可显著富集norank＿f＿＿Bacteroidetes＿vadinHA17和norank＿f＿＿norank＿o＿＿norank＿c＿＿Dojkabacteria等细菌微生物及Methanobacterium和Methanofollis等氢营养型产CH₄古菌微生物，且微生物富集程度随Fe⁰粒径的减小而增强。进一步通过功能酶基因解析发现，Fe⁰可通过富集参与氢营养型产CH₄过程中的甲酰甲基呋喃脱氢酶（fwd）、F₄₂₀还原氢化酶（frh）、膜蛋白甲基转移酶（mtr）和甲基辅酶M还原酶（mcr）等基因强化污泥产CH₄效能。

关键词

零价铁 / 污泥厌氧消化 / 粒径 / 微生物学机制 / 功能酶基因