Fe3O4调控高盐度与波动C/N比下好氧颗粒污泥的机制及其对海鲜加工废水处理的启示

为解决高盐度（35 gNaCl/L）和动态C/N比（10-20-10-5）导致的好氧颗粒污泥（AGS）性能下降问题，研究人员通过外源添加1.5 g/L Fe3O4，发现其可刺激疏水性芳香蛋白和黏性多糖分泌，增强颗粒稳定性，并提升电子传递效率与功能菌（如Glutamicibacter）丰度，为海鲜加工废水（SPW）生物处理提供新策略。

　　

海鲜加工行业每年产生约2000万吨高盐、有机负荷波动大的废水，直接排放严重威胁水生生态系统。这类废水的盐度可达35 gNaCl/L，且碳氮比（C/N）因加工工艺差异剧烈波动（3:1至20:1），传统好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge, AGS）面临结构解体、功能菌活性抑制等挑战。尽管AGS以结构紧凑、沉降性能好著称，但双重压力下其脱氮除碳效率显著降低，亟需突破性调控手段。

北京化工大学的研究团队在《Environmental Research》发表论文，提出通过外源添加四氧化三铁（Fe₃O₄）增强AGS抗逆性。研究采用两组序批式反应器（SBR），对比了有无Fe₃O₄（1.5 g/L）条件下AGS在高盐和C/N动态变化中的响应。通过监测污泥生物量（MLVSS）、完整性系数（IC）、胞外聚合物（EPS）组成及微生物群落变化，结合电子传递链活性和功能基因分析，揭示了Fe₃O₄的调控机制。

关键实验技术
研究采用序批式反应器（SBR）模拟实际废水条件，通过动态调整C/N比（10→20→10→5）和恒定高盐（35 gNaCl/L）构建压力模型。利用三维荧光光谱（3D-EEM）解析EPS组分，高通量测序分析微生物群落，并测定脱氢酶活性（DHA）和氮转化酶（如氨单加氧酶AMO）活性评估代谢功能。

研究结果

Biomass and microbial activity of AGS
Fe₃O₄使AGS的混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）浓度提升23%，颗粒完整性系数（IC）提高1.4倍，表明其有效抑制了污泥解体。疏水性芳香蛋白在TB-EPS（紧密结合型EPS）中占比增加至58%，增强了颗粒抗剪切能力。

Electron transport and enzymatic regulation
Fe₃O₄促进Fe(II)/Fe(III)循环，电子传递效率提升37%，关键酶（如DHA和AMO）活性显著增强，推动碳代谢和硝化（NH₄⁺-N→NO₂^--N）效率。

Microbial community adaptation
功能菌Glutamicibacter（耐盐）和Ferruginibacter（铁代谢）丰度分别增加4.2倍和3.1倍，协同应对盐度和C/N波动。Fe₃O₄还上调了narG（硝酸盐还原酶）和nirS（亚硝酸盐还原酶）基因表达，强化脱氮路径。

结论与意义
该研究首次阐明Fe₃O₄通过“EPS重塑-电子传递激活-功能菌定向富集”三重机制稳定AGS系统，为高盐复杂废水处理提供低成本解决方案。实际应用中，Fe₃O₄可减少污泥驯化时间3-8天，显著提升工程可行性。成果对海鲜加工等重盐行业废水治理具有直接指导价值，并为AGS在极端环境下的调控策略开辟新思路。