零价铁介导的厌氧磷酸盐还原系统：磷富集污泥中双产物回收的创新策略

针对传统磷回收方法效率低、产物单一的问题，中国科学院研究人员开发了零价铁（ZVI）介导的厌氧磷酸盐还原系统，通过耦合磷化氢（PH3 ）生成与蓝铁矿（vivianite）结晶，实现磷的多相转化。该系统累计产生PH3 46.15 mg/L、蓝铁矿810 mg，铁利用率达58%，揭示了ZVI通过调控微生物群落（如Bacteroidetes、Spirochaetes）驱动“磷释放-还原-固定”微环境的化学-生物协同机制，为高磷废水资源化提供了新思路。

　　

磷是生命体不可或缺的元素，但全球磷资源因过度开采面临枯竭，而污水处理厂污泥中却富集了约90%的磷。传统磷回收技术效率低下且产物单一，无法满足可持续发展需求。更棘手的是，畜禽粪便（如中国年产40亿吨的猪粪）因高磷含量成为污染源，其处理难题亟待突破。在此背景下，辽宁省科技厅资助的研究团队在《Process Biochemistry》发表论文，提出了一种零价铁（ZVI）介导的厌氧磷酸盐还原系统，通过化学与生物协同作用，首次实现磷化氢（PH₃
）与蓝铁矿（vivianite）双产物高效回收。

研究采用沈阳某污水厂二沉池污泥为接种源，在7 L厌氧序批式反应器（ASBR）中构建ZVI介导体系，结合宏基因组学与热力学分析，解析了ZVI驱动碳磷代谢网络（进水COD 3000 mg/L，TP 50 mg/L）的调控机制。

功能稳定性与产物输出
实验显示，ZVI系统在70天驯化后，PH₃
累计产量达46.15 mg/L，蓝铁矿产量810 mg，铁利用率提升至58%。COD与TP去除率呈现显著分组差异，证实ZVI通过调控氧化还原电位（<-300 mV）优化磷转化路径。

微生物群落调控
ZVI对微生物群落具有多层级调控作用：在门水平上，Bacteroidetes（+8.1%）促进ZVI腐蚀，Spirochaetes（+7.44%）增强电子传递，Caldiserica（+9.3%）与Actinobacteria（+2.7%）协同催化磷酸盐还原；在属水平上，Atopobium（+7%）加速有机磷矿化，Caldisericum（+8%）和Prevotellaceae（+8.67%）通过H₂
氧化激活磷还原菌，Megasphaera（+4.33%）调节pH以优化Fe²⁺
-PO₄
^3-
共沉淀。

热力学机制
ZVI的强还原性驱动了两条关键路径：蓝铁矿沉淀（Δ_r
G_m
^θ
= ?397.78 kJ/mol）与PH₃
生物合成（Δ_r
G_m
^θ
= ?110.82 kJ/mol），形成“磷释放-还原-固定”微环境。

该研究突破了传统磷回收技术的局限性，通过ZVI介导的化学-生物协同作用，实现了磷资源的气-固双相高效转化。其意义在于：① 为畜禽粪便等高磷废水处理提供了可工程化的解决方案；② 揭示了ZVI调控微生物代谢网络的新机制；③ 蓝铁矿作为高附加值产物（如缓释肥料）提升了技术经济性。作者Jiyuan Li、Zhixuan Fan等强调，该策略有望推动磷闭环技术从实验室走向实际应用，助力全球磷资源可持续管理。