赤铁矿强化厌氧氧化有机物：缓解人工湿地生物堵塞的新策略

本研究创新性提出利用赤铁矿（Hematite）促进异化铁还原（DIR）过程，有效解决人工湿地（CWs）因有机物积累导致的生物堵塞难题。通过36个月对比实验证实，赤铁矿基质湿地（H-CWs）较传统砾石湿地（G-CWs）显著提升COD（12%）、氨氮（46%）和磷酸盐（72%）去除率，同时降低CH4（69%）和N2O（36%）排放。研究揭示了DIR菌群（如Geobacter）通过氧化55%进水COD抑制有机堆积的核心机制，为CW长效运行提供突破性解决方案。

　　

Highlight

赤铁矿强化人工湿地（CWs）的工程价值在于：当前针对生物堵塞的化学药剂和生物酶处理会破坏微生物系统，而基质更换成本高达CW总造价的10-19%。本研究提出的天然赤铁矿方案，通过建立DIR活性区实现有机物持续氧化，兼具成本效益和生态友好性。

Treatment performance of constructed wetlands

H-CWs展现出卓越且稳定的污染物去除能力：三年间COD平均去除率达92.89%，出水浓度仅14.96±5.99 mg/L，而G-CWs的COD去除效率逐年递减（第三年升至36.06 mg/L）。在脱氮除磷方面，H-CWs对氨氮和磷酸盐的去除率分别比G-CWs高46%和72%，这归因于赤铁矿促进的DIR过程同步提升了硝化和磷沉淀效率。

Engineering significance

传统堵塞缓解措施存在显著争议，主要集中在成本与生态兼容性。本研究的创新在于：赤铁矿基质通过激活DIR细菌（如Geobacter）将厌氧区转化为有机物氧化场所，从根本上阻断生物膜过度积累。相比需要停机维护的常规方法，该策略可实现CW持续运行，且赤铁矿的天然属性避免二次污染风险。

Conclusions

采用赤铁矿基质的H-CWs在污染物去除和温室气体（CH₄降低69%，N₂O减少36%）控制方面均优于传统G-CWs。关键机制在于DIR菌群（以Geobacter为代表）氧化了55%进水COD，使H-CWs的孔隙率和水力传导率降幅（11%/52%）远低于G-CWs（41%/91%），为CW长效运行提供革新性解决方案。