不同晶型羟基氧化铁（FeOOH）对下水道中硫化物的高效生物化学去除机制及性能研究

本综述系统探讨了不同晶型羟基氧化铁（FeOOH）对下水道中硫化氢（H2S）的去除效能与机制。研究表明，δ-FeOOH的硫化物（S2-）去除能力最高（369.6?mg?S/g），α-FeOOH则表现出最持久的FeS-S沉淀能力（304.2?mg?S/g）。FeOOH通过抑制硫酸盐还原菌（SRB）活性、调控微生物电子转移（如fccB、soxY基因）及形成氢键作用，重构硫代谢途径，为污水管网腐蚀控制提供了低成本长效解决方案。

　　

Highlight

不同晶型FeOOH（α、β、γ、δ及无定形）在污水系统中展现出显著的硫化物生物化学去除能力。δ-FeOOH的H₂S去除效率近100%，硫容量高达369.6?mg?S/g（1.10?mol?S/Fe），其性能顺序为δ > α > AMO > β > γ。α-FeOOH具有最高的FeS-S沉淀量（304.2?mg?S/g）和最持久的硫控制时长，归因于其低比表面积和高结构稳定性。δ-FeOOH对硫酸盐（SO₄^2--S）生物还原的抑制效果最强（92.4?mg?S/g），这与其高Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)比率、丰富的硫氧化基因（fccB、soxY和SUOx）及低电子转移阻力密切相关。此外，污水微生物可通过铁还原和硫氧化过程将FeOOH的硫去除能力提升6倍！FeOOH能重构微生物电子流向，抑制SO₄^2-还原，并通过氢键作用干扰硫酸盐转运蛋白功能。

Lab-scale sewer reactors set-up and operation

六组实验室规模反应器模拟重力污水管道环境（图S1），每套系统含1130?mL总容积（沉积相250?mL、液相500?mL、气相380?mL）。接种污泥来自哈尔滨文昌污水处理厂初沉池，沉积层厚度控制在40?mm。所有反应器以铝箔遮光，模拟真实污水管道的厌氧条件……

Characterization of FeOOH with different crystalline structure

不同晶型FeOOH的表征结果如图1所示。XRD图谱显示α、β、γ、δ-FeOOH分别与标准卡片PDF#29–0713、PDF#75–1594、PDF#44–1415、PDF#13–0087高度匹配，无定形FeOOH（AMO）无明确衍射峰。FTIR谱中可见Fe-O-H（915?cm^?1）和O-H（3206?cm^?1）特征振动峰……

Conclusion

FeOOH能高效控制污水中的H₂S污染，其硫去除能力顺序为δ > α > AMO > β > γ。核心机制包括抑制SO₄^2--S生物还原与形成FeS-S沉淀，且受羟基氧化物结构稳定性与电子转移阻力调控。FeOOH的添加为铁还原菌（IRB）和硫氧化菌（SOB）提供电子受体，并通过氢键作用干扰微生物代谢蛋白功能……