铁强化污泥堆肥颗粒作为生物滤池填料在污水处理厂除臭中的应用与性能评估

为解决污水处理厂(WWTPs)恶臭排放问题，研究人员评估了铁掺杂污泥堆肥颗粒(PSS-Fe)作为生物滤池(BFs)填料的性能。结果表明，该材料在60-20秒空床停留时间(EBRT)下可完全去除H2S和NH3，对VOCs去除率达92%以上，且促进硫杆菌属(Thiobacillus)等功能菌群生长，为污水厂臭气治理提供了经济高效的循环经济解决方案。

　　

污水处理厂散发的恶臭气体已成为困扰城市环境的顽疾，其中硫化氢(H₂S)的臭鸡蛋味和氨(NH₃)的刺鼻气味最令人难以忍受，更不用说那些可能致癌的挥发性有机物(VOCs)。这些气味不仅让周边居民苦不堪言，还威胁着操作工人的健康。尽管生物滤池(Biofilters, BFs)技术因成本低、环境友好被广泛采用，但传统填料如土壤、木屑等存在易降解、需频繁更换的痛点。更棘手的是，对于α-蒎烯这类结构复杂的VOCs，常规填料在短停留时间下的处理效果往往不尽如人意。

针对这些挑战，来自西班牙和中国的联合研究团队创新性地将污水处理厂的"废弃物"变"宝物"，开发出铁强化污泥堆肥颗粒填料(PSS-Fe)，并在《Science of The Total Environment》发表了突破性成果。研究人员采用8升生物滤池反应器，对比测试了商业陶粒(CP)、普通堆肥颗粒(PSS)和铁强化堆肥颗粒(PSS-Fe)在60-20秒空床停留时间(EBRT)下的性能。通过气相色谱(GC-FID)监测VOCs降解，离子色谱(IC)分析硫转化产物，结合高通量测序解析微生物群落，系统评估了填料的综合性能。

在"EBRT对H₂S和NH₃去除的影响"部分，研究显示三种填料在20秒极短EBRT下仍能完全去除H₂S和NH₃，最大去除能力分别达9.6和3.9 g m^-3 h^-1。特别值得注意的是，铁掺杂使PSS-Fe的H₂S去除率较普通PSS提高58.8%，其产生的硫酸盐(SO₄^2-)浓度高达37,738 mg L^-1，证实了铁对硫氧化细菌的促进作用。

"EBRT对VOCs去除的影响"章节揭示了更显著的差异：在30秒EBRT时，PSS-Fe对顽固性α-蒎烯的去除率(92.5%)远超CP填料(31.7%)，且其甲苯去除率始终维持在99%以上。这种优势源于铁离子改变了填料表面特性，使疏水性VOCs更易被生物膜捕获降解。

通过"微生物群落分析"发现，PSS-Fe填料独特地富集了Nocardiopsis(6.3%)和Thermomonas(3.8%)等特殊菌属，这些微生物兼具有机物降解和硫转化功能。而所有系统中均检测到的Thiobacillus(1.3-5.2%)和Nitrospira(0.2-0.5%)，则构成了硫循环和氮转化的"核心引擎"。

这项研究的意义不仅在于证明了污泥堆肥颗粒的工程应用价值，更开创了"以废治废"的循环经济新模式。相比商业填料，PSS-Fe将VOCs处理效率提升近3倍，同时使填料更换周期从2-3年大幅延长。研究团队特别指出，下一步将优化颗粒机械强度以解决高压降问题，这为未来生物滤池的升级改造指明了方向。该成果对实现污水处理厂"碳中和"目标具有重要实践价值，也为其他有机废弃物资源化利用提供了典范。