《ACS ES&T Engineering》：Valorization of Sewage Sludge via Co-Composting with Iron Ore Tailing Enhanced Formation of Aggregated Soil-Like Compost
编辑推荐：
本研究通过将铁尾矿（iron ore tailing）与飞灰（fly ash）分别引入污泥堆肥体系，系统评估了无机废弃物对堆肥土壤化（soilification）性能及堆肥品质的影响。研究发现铁尾矿添加可显著提升堆肥团聚化程度（增加8.1%），并通过促进脱氨（deamination）、脱烷基（dealkylation）和脱羧（decarboxylation）反应驱动溶解性有机质（DOM）向矿物结合态有机质（MOM）转化，同时富集假黄单胞菌（Pseudoxanthomonas）和氨基杆菌（Aminobacter）等关键微生物类群。该研究为无机-有机废弃物协同资源化及功能性土壤改良剂开发提供了新策略。
无机废弃物添加对类土壤堆肥形成的影响
通过扫描电镜（SEM）和激光粒度分析发现，铁尾矿（IT）处理组在堆肥35天后形成致密互联的团聚体结构，其团聚化程度较对照组（CK）提升8.1%，而飞灰（FA）组虽初始粒径增加10.5%，但最终抑制了土壤化进程。粒度分布显示，堆肥后所有组别的特征峰从2 μm和40–100 μm迁移至160–180 μm，其中IT组体积平均直径从66.8 μm增至105.0 μm，增幅达57.2%，表明铁尾矿通过增强矿物-有机相互作用促进了稳定团聚体的形成。
堆肥理化特性与有机质转化动态
堆肥过程中，IT组最高温度达50°C以上，电导率（EC）升至3000 μS/cm，溶解性有机碳（DOC）最终为65.6 mg/g，显著高于CK组（55.2 mg/g）。蛋白质（PN）在 thermophilic 阶段（第3–7天）降解率达62.7%（IT）至71.4%（CK），而胡敏酸（HA）在IT组积累至90.4 mg/g。FTIR-二维相关光谱（2D-COS）分析表明，IT组优先激活羧基（C═O, 1615 cm–1）和酰胺I（C═O, 1664 cm–1）等腐殖化关键官能团反应，飞灰则抑制芳香结构转化。
矿物结合态有机质（MOM）的组成与动态
IT组在 cooling 阶段（第7–14天）MOM含量峰值达95.7 mg/g，占全碳比例升至17.1%。X射线衍射（XRD）检测到铝铁甘油酸盐生成，证实铁氧化物与有机质形成复合物。分子特征显示MOM以CHO和CHNO类分子为主，其中蛋白质样（11.5–19.4%）和脂质样（25.1–46.5%）化合物占比显著。双键等价数（DBE）升高提示IT促进不饱和分子吸附于矿物界面。
微生物-DOM互作网络与分子转化机制
微生物-DOM共现网络分析显示，IT组具有最复杂的网络结构（1609节点、6909边），模块1以木质素样和蛋白质样分子为主，并富集变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）。在属水平上，IT显著提升假黄单胞菌（Pseudoxanthomonas， thermophilic 阶段）和氨基杆菌（Aminobacter， cooling 阶段）丰度。质谱反应对匹配发现，IT组脱氨反应（如-NH3+O）、脱羧（-COOH+OH）和脱烷基（-C2H4）反应频率最高，推动蛋白质降解为小分子中间体，进而参与MOM组装。
堆肥品质与环境风险评估
发芽指数（GI）在IT组第14天即达102.8%，提前14天成熟。总氮（TN）损失率IT组为20.11%，显著低于CK（23.75%）和FA（25.14%）。重金属检测表明，所有处理组均符合中国农用污泥A级标准（GB-4284-2018），且IT未引起砷、镉、铬等重金属累积，铅超标主要源于原始污泥。
作用机制整合
铁尾矿通过其铁氧化物（如Fe3O4）促进嗜热微生物分泌铁载体（siderophore），驱动蛋白质水解和氨氮释放；冷却阶段小分子有机物与次生矿物结合形成MOM，最终构建具有优异持水性和养分保持能力的类土壤材料。飞灰因抑制微生物多样性及腐殖化反应而削弱土壤化效能。本研究首次从土壤化角度阐明了无机废弃物在堆肥中的增效机制，为废弃物协同处置提供了理论依据。
