导电材料对不同运行模式下厌氧硫酸盐废水处理的差异性影响机制研究

为解决硫酸盐废水处理中电子传递效率低、甲烷产率受抑制等问题，研究人员系统比较了磁铁矿(Fe3O4)和粉末活性炭(PAC)在序批式(SBR)与连续流(CFR)反应器中的强化效果，发现CFR模式结合CMs可显著提升硫酸盐还原和甲烷产率(51.0 mg COD/(g VSS·h))，揭示了SRB介导的直接种间电子传递(DIET)网络的关键作用，为高硫废水处理工艺优化提供理论支撑。

　　

硫酸盐废水处理一直是环境工程领域的重大挑战。这类废水常见于造纸、制药等行业，含有高浓度硫酸盐(400-4000 mg/L)，在传统厌氧消化(AD)过程中，硫酸盐还原菌(SRB)会与产甲烷菌竞争底物，并产生抑制性硫化氢(H₂S)，导致系统效率低下。虽然导电材料(CMs)如磁铁矿和活性炭被证明能改善电子传递，但不同反应器运行模式如何影响CMs的效能仍不明确。

爱尔兰国立高威大学(University of Galway)的研究团队通过对比序批式(SBR)和连续流(CFR)反应器在添加Fe₃O₄或PAC时的处理效果，揭示了运行模式与CMs的协同机制。研究发现CFR模式更利于乙酸降解和甲烷生成，最大产甲烷速率提升至51.0 mg COD/(g VSS·h)；而SBR中因硫化氢积累(233.1 mg/L)导致产甲烷完全抑制。通过宏基因组和共现网络分析，首次发现Desulfovibrio等SRB在DIET网络中的核心作用，为优化高硫废水工艺提供了新思路。相关成果发表于《Water Research》。

研究采用六组5L反应器(3种CFR+3种SBR)，通过76天连续监测VFA、硫酸盐和甲烷动态，结合INT-ETS活性测定和宏基因组组装，解析了微生物代谢通路与电子传递基因表达。关键发现包括：

1. 系统性能

   CFR中CMs使硫酸盐去除率提升63.8 mg/(g VSS·h)，而SBR因pH较低(6.8-7.3)导致H₂S毒性增强。Fe₃O₄在SBR中主要作为外源导电通道，替代微生物自身导电结构。

2. 微生物群落

   SBR富集Desulfobulbus(23.3%)激活乙醇-丙酸途径，CFR则偏好Desulfomicrobium介导的乙醇-乙酸转化。Methanothrix在CFR中占比达23.2%，其ribE基因表达提示黄素介导的DIET可能。

3. 电子传递机制

   PAC在CFR中显著提升pilA(0.0286%)和ccmB(0.0107%)基因丰度，而Fe₃O₄使SBR污泥电导率增至5.1 μS/cm。共现网络显示Desulfovibrio与Geobacter、Methanothrix形成紧密互作网络。

该研究首次阐明运行模式通过塑造SRB群落结构影响CMs的增效机制。CFR结合PAC可构建高效DIET网络，而SBR需更高剂量CMs克服H₂S抑制。成果为工业废水处理工艺选择提供了关键科学依据，未来可针对CMs回收利用和经济性开展深入研究。