铁(III)柠檬酸盐与氧气的交替供给促进废水中蓝铁矿与生物可降解塑料PHB的协同回收

针对废水处理中高值资源回收难题，本研究创新性地采用铁(III)柠檬酸盐与氧气交替供给的双电子受体策略，实现了蓝铁矿(vivianite)与聚羟基丁酸酯(PHB)的高效协同回收。研究显示该策略使PHB产量提升至0.79 g PHB/g COD HAc（较单一电子受体提高3.6倍），蓝铁矿回收率稳定在50%，并成功富集Candidatus Competibacter等关键功能菌群，为废水处理厂资源化提供了可持续解决方案。

　　

随着全球塑料污染和磷资源短缺问题日益严峻，废水处理厂正从单纯的污染物消纳场所转变为资源回收枢纽。传统方法难以同时实现磷元素的高效回收与可降解塑料的合成——蓝铁矿(vivianite)结晶需要厌氧条件下的铁还原菌(DIRB)作用，而聚羟基丁酸酯(PHB)的合成则依赖好氧代谢，这种电子受体需求的矛盾长期制约着废水的协同资源化。

针对这一挑战，广州某研究机构团队在《Water Research X》发表的研究中，创新性地提出铁(III)柠檬酸盐与氧气交替供给的策略。通过设计5种电子供体-受体供给模式（A-F、AF-F等）和3种双受体交替时序（O1-O3），系统探究了蓝铁矿与PHB的协同回收机制。研究采用X射线衍射(XRD)分析矿物组成，结合气相色谱测定PHB含量，并运用16S rRNA测序解析微生物群落结构。

电子受体供给模式的影响
当铁(III)柠檬酸盐作为单一电子受体时，分段投加使蓝铁矿回收率从34%（单次投加）提升至49%（AF-AF批次），但PHB产量仅0.17 g PHB/g COD HAc。研究发现DIRB在底物竞争中占据优势，导致PHB合成受抑制。

双电子受体交替供给的突破
采用3:1的厌氧-好氧时长比(O1批次)时，蓝铁矿回收效率稳定在50%，PHB产量飙升至0.79 g PHB/g COD HAc，较单一受体提高3.6倍。延长厌氧阶段促进底物向PHB转化，而短时曝气未显著影响已形成的蓝铁矿稳定性。

微生物群落调控机制
16S rRNA分析显示O1批次中PHB生产菌Candidatus Competibacter(46%)、Paracoccus(13%)和Thauera(9%)显著富集。这些菌群通过糖原代谢和聚磷酸盐(poly-P)水解途径，在厌氧期合成PHB，好氧期则利用PHB供能。

该研究通过时序调控电子受体供给，巧妙化解了DIRB与PHB生产菌的代谢矛盾。0.45 g P/g P的蓝铁矿产率与接近理论值的PHB产量，为废水处理厂同时回收磷资源与生产可降解塑料提供了工业化路径。特别是PHB产量远超既往单独使用氧气的系统(0.36-0.50 g PHA/g COD HAc)，且蓝铁矿的稳定性使其具备直接农用或工业应用的潜力。研究建立的交替供给模式，为复杂废水体系中多目标资源回收提供了普适性策略。