铁活化过碳酸钠高级氧化技术抑制污水沉积物中硫化氢与甲烷生成的机制研究

本研究针对污水系统中SRB（硫酸盐还原菌）和MA（产甲烷古菌）驱动的H2 S与CH4 排放问题，创新性提出铁离子（Fe2+ ）活化过碳酸钠（SPC）的高级氧化工艺（AOP）。通过自由基（•O2 ? 、•OH等）破坏微生物细胞结构与代谢酶系统，实现表层沉积物中CH4 和H2 S产量分别降低74.8%和60.5%，同时促进水解酸化菌增殖。该技术为污水管网气体控制与下游污水处理效能提升提供了可持续解决方案。

　　

城市排水系统中，污水沉积物在厌氧环境下滋生的硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷古菌（MA）如同“隐形工厂”，每年贡献全球约2.1±0.4 Tg的甲烷（CH₄
）排放，同时产生的硫化氢（H₂
S）以每年0.8–1.5毫米的速度腐蚀管道，造成高达30%的碳损失。现有抑制剂如游离亚硝酸虽能抑制80%微生物活性，却可能加重下游氮污染。如何在不产生二次污染的前提下“精准打击”这些微生物，成为环境工程领域的重大挑战。

针对这一难题，深圳的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，提出用铁离子（Fe²⁺
）活化固体过碳酸钠（SPC）的新型高级氧化工艺（AOP）。这种“化学武器”在分解时释放自由基（•O₂
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、•OH、•CO₃
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）和碳酸根离子，既能氧化破坏微生物细胞，又能调节pH值。通过201天的实验室模拟，研究人员发现该技术可穿透沉积物表层（0–2 cm）——SRB和MA最活跃的区域，使CH₄
和H₂
S产量分别下降74.8±4.3%和60.5±2.5%，同时将水解酶活性提升2.1–3.8倍。

关键技术方法
研究采用3升丙烯酸反应器模拟真实污水环境，持续监测201天。通过自由基捕获实验、酶活性检测（蛋白酶、α-葡萄糖苷酶等）及高通量测序分析微生物群落变化。重点对比了间歇/连续投加SPC+Fe²⁺
的效果，并采用激光共聚焦显微镜观察细胞膜完整性。

主要研究结果

1. 不同投加策略对硫化物和甲烷控制的性能
   间歇投注（每3天1次）在维持抑制效果的同时减少药剂消耗60%。自由基主要攻击SRB的细胞色素c3还原酶和MA的辅酶M还原酶，导致其关键酶活性降低47.2–68.5%。

2. 微生物群落响应机制
   高通量测序显示SRB（如Desulfovibrio）和MA（Methanosaeta）丰度下降40–55%，而水解酸化菌（如Clostridium）增加2.3倍。这种“抑害扬利”的群落重构使有机质保留率提升18.7%。

3. 空间异质性效应
   表层沉积物（0–2 cm）的抑制效率是深层（4–6 cm）的2.1倍，这与氧自由基的扩散梯度及微生物分层分布密切相关。

结论与意义
该研究首次证实Fe²⁺
-SPC AOP可通过三重机制实现污水气体控制：①自由基直接损伤微生物细胞膜和酶系统；②选择性抑制SRB/MA代谢通路；③促进水解菌主导的碳资源化。相比传统方法，该技术避免氮污染风险，且SPC分解产物为无害的Na₂
CO₃
。研究为《巴黎协定》框架下的污水处理系统减排目标提供了可工程化的解决方案，其“氧化-缓冲”协同设计思路可拓展至污泥处理等领域。

（注：全文数据及结论均引自原文，作者包括Hong-Xu Bao、Wan-Xin Yin等，受国家重点研发计划等项目资助）