人工湿地污水处理中铁的多价态循环：真实存在还是理论假说？

这篇综述系统探讨了人工湿地（CWs）中铁（Fe）循环的争议性问题，指出在连续流潜流人工湿地（SSF-CWs）中，由于氧化还原条件空间分布固定、单向水流阻碍铁价态（Fe2+/Fe3+）迁移及铁流失等问题，完整的铁循环难以实现，并提出虹吸设计（S-CWs）与微生物/基质调控的创新策略以突破Fe3+还原的限速瓶颈。

　　

Highlight

尽管铁循环常被用于解释人工湿地（CWs）中通过添加铁矿石增强污染物去除的机制，但在潜流人工湿地（SSF-CWs）中尚未实现完整的铁循环。本研究系统论证了SSF-CWs中铁循环的不完整性源于水力与理化特性，并指出Fe³⁺还原可能是关键限速步骤。

Deductions concerning the incomplete Fe cycle in CWs

多数铁基人工湿地采用连续单向流的SSF-CWs模式，虽利于污染物传输，却严重限制了Fe²⁺与Fe³⁺的高效互转。完整的铁循环需要满足三个条件：1）动态氧化还原分区支持原位循环；2）Fe³⁺/Fe²⁺跨区迁移实现异位循环；3）避免铁因沉淀或出水流失。然而，统计显示Fe⁰或Fe²⁺基质仅能单向促进NO₃^?还原，而生成的Fe³⁺难以等效驱动NH₄⁺氧化，印证了铁循环的"半途而废"。

Strategies to strengthen the Fe cycle in CWs

突破SSF-CWs中铁循环限制需从四方面改进：1）通过虹吸人工湿地（S-CWs）创造水位波动与周期性氧化还原环境；2）优化微生物群落以强化Fe³⁺还原菌活性；3）构建铁载体促进Fe³⁺迁移；4）采用磁性基质减少铁流失。其中，S-CWs通过间歇性排水形成"人工潮汐"，可同步解决氧化还原分区僵化与铁迁移难题，堪称"一石二鸟"的创新设计。

Conclusion

·铁矿石的添加虽能提升人工湿地污染物去除效果，但SSF-CWs中尚未实现理论上的完整铁循环，Fe³⁺还原被确认为关键瓶颈。

·提出的虹吸式人工湿地（S-CWs）方案通过模拟自然潮汐动态，为铁循环强化提供了兼具工程可行性与生态友好性的解决路径。