核黄素与腐殖酸提升 Feammox（氨氧化耦合 Fe (III) 还原）效率：氮铁转化、能量代谢及微生物响应的深度探索

高浓度氨氮（NH4+-N）废水排放危害大，传统脱氮工艺存缺陷，Feammox 虽有优势但效率待提升。研究人员优化电子穿梭体，发现核黄素（RF）和腐殖酸（HA）可提升 Feammox 效率。这为改善脱氮工艺提供了新思路。

　　在污水处理的领域中，高浓度氨氮废水就像一个 “环境炸弹”，随时可能引发藻类爆发、水体富营养化等严重环境问题。传统的脱氮工艺，比如传统的有氧硝化 - 厌氧反硝化工艺，能耗巨大，还得精准添加碳源，操作起来困难重重；厌氧氨氧化（ANAMMOX）、部分硝化 - 反硝化和自养反硝化等工艺，又有着反应条件苛刻、功能细菌难以留存、操作复杂等弊端。就在这时，Feammox（氨氧化耦合 Fe (III) 还原）技术出现了，它能在温和条件下把氨氮氧化成氮气（N₂）、亚硝酸盐和硝酸盐，还不需要曝气和额外加碳源，不仅能耗低、成本低，而且不会产生温室气体，甚至还能促进一些难降解污染物的分解，看起来前景一片光明。

然而，现实却给了这一技术 “泼了冷水”。即便调整到最佳环境条件，Feammox 对氨氮（NH₄⁺-N）和总氮（TN）的去除效果还是不尽如人意。原来，微生物和 Fe³⁺之间的电子传递是影响反应速率的关键因素，可废水中的 Fe³⁺大多是固体形态，电子传递受阻。为了解决这个问题，研究人员想到了添加电子穿梭体，像腐殖酸（HA）、核黄素（RF）和蒽醌 - 2,6 - 二磺酸盐（AQDs）等都是常用的电子穿梭体，它们能帮助电子从微生物传递到铁氧化物上，可目前对这些电子穿梭体的了解还不够深入，比如最佳添加量、长期效果以及作用机制都有待研究。而且，Feammox 过程中还存在铁沉积在污泥表面，阻碍物质传递，并且无法内循环 Fe³⁺和 Fe²⁺，得依赖外部加铁等问题。

为了攻克这些难题，国内研究人员开展了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为 Feammox 技术的优化提供了关键依据。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，从污水处理厂 AAO 工艺的厌氧区获取初始浓度为 6300mg/L 的活性污泥，将其均匀分配到多个相同规格的厌氧序批式反应器中，以氯化铁（FeCl₃）作为唯一铁源配置合成废水，并通过向进水中泵入氮气（N₂）来排除溶解氧（DO）。然后，进行了 24 小时的批次实验和为期 100 天的长期实验，分别考察不同电子穿梭体的效果、最佳添加量以及长期影响，实验过程中对多种指标进行监测分析，以此探究电子穿梭体对 Feammox 过程的作用机制。

优势及最佳剂量研究：在 24 小时的批次实验中，研究人员发现 AQDs、RF 和 HA 这三种电子穿梭体都能显著加速氨氮氧化，而且不会造成亚硝酸盐氮（NO₂^–-N）的积累。当 AQDs、RF 和 HA 的添加量分别为 6mg/L、2mg/L 和 8mg/L 时，对微生物呼吸的刺激作用最强。其中，添加 HA 时去除的氨氮最多，其次是 RF 和 AQDs。这表明 HA 和 RF 在促进氨氮去除方面比 AQDs 更具优势，并且确定了它们的最佳添加剂量。

长期影响研究：在为期 100 天的长期实验中，研究人员发现，过量的进水铁倾向于以不溶性涂层的形式沉积在污泥表面。而 RF 和 HA 能够促进这些铁的利用，补偿进水 Fe³⁺的减少。同时，添加 RF 和 HA 使得铁还原菌（如 Comamonas）和氨氮氧化菌（如 Nitropsira 和 Planctomycetes）的数量增加，改善了电化学特性和微生物活性。此外，微生物对氮和铁的代谢潜力也得到了有效增强，氨氮和总氮的去除率分别明显提高到约 90% 和 40%。

作用机制研究：研究还深入探讨了 RF 和 HA 提升 Feammox 效率的机制。一方面，RF 和 HA 加速了细胞外电子转移，增大了电流，使氧化还原途径更加多样化，降低了电阻。另一方面，它们还刺激了细胞内的能量代谢，使三磷酸腺苷（ATP）水平提高了数倍。此外，RF 和 HA 能够介导铁晶体的转化，让污泥表面不溶性铁覆盖物得以重新利用，从而保证了 Feammox 过程的稳定运行。

研究表明，添加最佳剂量的 RF 和 HA（分别为 2mg/L 和 8mg/L），不仅能加速细胞外电子转移，还能刺激细胞内能量代谢。从长期来看，RF 和 HA 能持续将氨氮去除率提高到约 90%。它们提升 Feammox 效率的作用比单纯促进细胞外电子转移更为重要，通过提升 ATP 水平、介导铁晶体转化以及促进污泥表面不溶性铁的再利用，实现了 Feammox 过程的稳定高效运行。

这项研究为优化 Feammox 技术提供了新的策略和理论依据，有助于推动污水处理技术的发展，降低污水处理成本，减少高浓度氨氮废水对环境的危害。同时，也为后续进一步研究电子穿梭体在其他生物处理过程中的应用提供了参考，对整个环境科学和工程领域都有着重要的意义。未来，有望基于这些研究成果，开发出更加高效、稳定的污水处理工艺，为环境保护贡献更多力量。