生物脱氮是废水处理中常用的技术，通常由好氧硝化和厌氧反硝化结合实现废水中氮的去除，多种类型的废水尤其是市政污水具有较低的碳氮比（C/N），水体本身碳源不足导致总氮去除率低，而额外添加有机碳源则需要较高的成本。近年来，具有导电性和磁性的四氧化三铁在废水处理领域被广泛研究，尤其是其在低 C/N 条件下促进脱氮的作用机制亟待进一步探讨。
青岛能源所郭荣波研究员带领的工业生物燃气研究中心在四氧化三铁用于废水脱氮领域进行了一系列的科学探索。前期，研究团队制备了一种以四氧化三铁为核心成分的复合材料，能够实现硝化细菌的高效富集（Journal of Water Process Engineering，2022，47，102794），并在废水的氨氮去除方面取得一定的成果（Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 10, 108164）。基于上述研究，近期科研人员利用厌氧-好氧联用工艺将这种新型复合材料应用于低 C/N 废水处理，并提出了四氧化三铁在好氧硝化和厌氧反硝化体系中促进废水脱氮的机制。
四氧化三铁中含有二价的亚铁离子和三价的铁离子，不仅为功能微生物提供生命活动所需的铁元素，还能通过Fe(II)/Fe(III)循环转化促进微生物间的电子传递，同时对Dokdonella 和Comamonas等脱氮功能菌、产生胞外聚合物（EPS）的相关功能菌Pseudomonas有良好的富集效果，能够在好氧和厌氧条件下分别促进硝化和反硝化作用，从而促进了低C/N废水的生物脱氮过程。硝化作用是产酸过程，而酸性条件对硝化细菌有抑制作用；EPS作为屏障结构可以减少不良环境因素对细胞抑制作用。该生物载体既能在硝化体系中促进EPS的分泌，还可以缓冲硝化作用的酸化过程，对脱氮功能菌起到保护作用。除此以外，该载体还具备磁性，能够实现快速泥水分离，在废水处理领域具有广阔的应用前景。
相关成果已发表在期刊Bioresource Technology《生物资源技术》，张烽媛、冯权为共同第一作者，郭荣波为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、山东省自然科学基金的支持。（文/图 张烽媛 冯权）
Fengyuan Zhang, Quan Feng, Ying Chen, Xiaoshuang Shi, Kang Qin, Mingyi Lu, Fan Qin, Shanfei Fu, Rongbo Guo. Enhancement of biological nitrogen removal performance from low C/N municipal wastewater using novel carriers based on the nano-Fe3O4. Bioresource Technology, 2022, 363: 127914.
