纳米铁材料强化微藻-细菌共生体系处理养猪废水的生长促进与生物状态调控机制

本研究针对养猪废水中氮磷及重金属污染问题，创新性地采用纳米零价铁(Nano-ZVI)和纳米四氧化三铁(Nano-Fe3O4)强化微藻-细菌共生体系(Desmodesmus sp. CHX1)，通过多组学技术揭示了纳米铁对微生物群落结构、代谢通路及污染物去除效率的调控机制。结果表明Nano-ZVI使微藻生物量提升31.14%，NH4+-N、TN、TP和COD去除率分别达99.55%、61.57%、91.86%和49.24%，为废水处理提供了高效低碳新策略。

　　

养猪废水治理的困境与突破
随着规模化养殖业发展，养猪废水富含的氮磷营养盐和铜锌等重金属已成为环境治理难题。传统活性污泥法存在能耗高、需外加碳源等缺点，而微藻技术凭借光合自养特性，既能去除污染物又可实现碳固定，展现出独特优势。然而，如何进一步提升微藻-细菌共生系统的处理效能，仍是制约技术应用的关键瓶颈。

衢州学院与浙江大学联合团队在《Scientific Reports》发表的研究，创新性地将纳米铁材料引入微藻(Desmodesmus sp. CHX1)废水处理体系。通过对比Nano-ZVI和Nano-Fe₃O₄的作用效果，发现纳米铁不仅能促进微藻生长，还能重塑微生物群落结构，激活关键代谢通路，最终实现污染物高效去除。这项研究为发展低碳废水处理技术提供了理论依据和技术支撑。

关键技术方法
研究采用来自杭州某养猪场厌氧池的废水作为处理对象，设置对照组(R1)、Nano-ZVI组(R2)和Nano-Fe₃O₄组(R3)进行11天培养实验。通过测定生物量、叶绿素含量及污染物浓度评估处理效果，结合Illumina NovaSeq 6000平台进行16S/18S rRNA测序分析微生物群落变化，并利用MetaCyc数据库预测代谢功能。

生长与污染物去除

Nano-ZVI使微藻生物量较对照组提升31.14%，叶绿素a浓度达314.66 μg·L^-1。污染物去除方面，NH₄⁺-N和TP去除率分别达99.55%和91.86%，铜锌去除率超过93%。

微生物群落演变

Nano-ZVI显著提升拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度至45.75%，富集黄杆菌属(Flavobacterium)等功能菌群。真核微生物中，绿藻门(Chlorophyta)始终保持80%以上优势占比。

代谢功能激活

纳米铁上调了8条关键代谢通路，涉及碳水化合物合成、三羧酸循环(TCA cycle)等过程，促进能量产生和物质转化。

研究启示
该研究证实纳米铁材料通过三重机制强化废水处理：①直接作为电子供体促进污染物转化；②调控微生物群落结构，富集功能菌属；③激活物质合成与能量代谢通路。特别是Nano-ZVI展现出的显著效果，为开发低能耗、高效率的废水处理工艺提供了新思路。未来研究可进一步优化纳米铁投加方式，探索其在规模化处理中的应用潜力。