硫化纳米零价铁强化ASBR-厌氧氨氧化性能：通过Fe2+ 积累、EPS分泌与DNRA途径加速启动与脱氮

为解决厌氧氨氧化（anammox）工艺启动慢、脱氮效率低的问题，研究人员首次将硫化纳米零价铁（S-nZVI）应用于ASBR反应器。结果表明，S-nZVI通过促进Fe2+ 积累（+15.66 mg/L）、EPS分泌（+71.7%）及DNRA途径，显著缩短启动时间32天，提升脱氮效率（NRE）4.7%，并富集Candidatus Brocadia（15.62%），为废水处理提供创新策略。

　　

在追求绿色水处理的今天，厌氧氨氧化（anammox）技术因其“以废治废”的特性备受瞩目——它能将废水中的铵（NH₄
⁺
-N）和亚硝酸盐（NO₂
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-N）直接转化为氮气（N₂
），无需额外碳源且能耗极低。然而，这项技术的推广却卡在了“慢”字上：anammox细菌生长缓慢（倍增时间长达11天）、对环境波动敏感，导致反应器启动动辄数月，稳定性也难以保障。更棘手的是，传统纳米零价铁（nZVI）虽能加速过程，却因易氧化、易团聚的“顽疾”效果有限。如何破解这一困局？

中国的研究团队独辟蹊径，将目光投向了硫化纳米零价铁（S-nZVI）。这种材料通过在nZVI表面引入硫（S），既解决了颗粒稳定性问题，又增强了电子传递效率。发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的这项研究，首次系统揭示了S-nZVI如何通过“铁-硫-微生物”三方协同，成为anammox反应的“加速器”。

关键技术方法
研究采用液相还原法合成S-nZVI，通过SEM-EDS和XPS验证其表面硫化特性；建立三组ASBR反应器（对照组S0、nZVI组S1、S-nZVI组S2），对比140天运行性能；结合高通量测序和PICRUSts功能预测分析微生物群落与代谢通路；利用化学检测法监测Fe²⁺
、EPS等关键指标。

研究结果

1. S-nZVI的“三重增效”

• 时间竞赛：S-nZVI组（S2）仅需60天完成启动，比对照组（S0）和nZVI组（S1）分别缩短32天和14天。
• 脱氮王者：S2的氮去除效率（NRE）达89.5%，较S0（84.8%）和S1（87.1%）显著提升，且对NO₃
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  -N的去除贡献突出。
• 微生物“造星”：S2中anammox菌Candidatus Brocadia丰度飙升至15.62%，远超S0（8.3%）和S1（11.4%）。

2. 机制揭秘：从化学到生物学

• Fe²⁺
  “输血”：S-nZVI持续释放Fe²⁺
  （15.66 mg/L），为血红素合成提供原料，直接促进anammox菌代谢。
• EPS“护甲”：S2的EPS含量激增71.7%，其多糖组分形成保护层，缓冲环境冲击。
• DNRA“助攻”：功能预测显示，S-nZVI激活异化硝酸盐还原为铵（DNRA）途径，将NO₃
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  -N转化为NH₄
  ⁺
  -N，为anammox补充“弹药”。

3. 材料特性的胜利
SEM显示S-nZVI表面粗糙的FeS_x
相有效抑制团聚；XPS证实硫掺杂提升电子选择性，避免无效损耗。这种“长效设计”使其在140天内保持高活性，而nZVI则因氧化失效逐渐落后。

结论与意义
该研究不仅证实S-nZVI是anammox系统的“性能倍增器”，更揭示了其多尺度作用机制：物理上抑制颗粒团聚，化学上优化电子传递，生物学上重塑微生物网络。尤其值得注意的是，S-nZVI通过DNRA途径实现“废物再利用”，将传统视为干扰因子的NO₃
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-N转化为有用底物，开创了“污染物资源化”新思路。

这项成果为废水处理厂快速启动anammox工艺提供了可落地的解决方案。未来，通过调控S-nZVI的硫铁比，或可进一步优化其在复杂水质中的适应性，推动anammox技术从实验室走向更广阔的工业应用。