近日，生态与环境学院博士生夏晴、硕士生刘飞等在环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Coupling Iron Sludge Addition and Intermittent Aeration for Achieving Simultaneous Methanogenesis, Feammox, and Denitrification in a Single Reactor Treating Fish Sludge”的研究论文(https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03009)。

我国是世界第一水产养殖大国、第一渔业大国。近年来随着经济水平的不断提高，为满足日益增长的水产品需求，水产养殖趋向于集约化、工业化、高密度和高产出的养殖模式。然而，养殖粪污大量集中排放，其中含有的有机质、氮、磷等营养元素以及病原微生物给周边水环境带来了巨大的压力和挑战，造成严重的生态失衡和环境恶化等问题。厌氧消化技术可以对有机废物进行无害化、减量化处理，在控制环境污染的同时回收能源，广泛应用于畜禽养殖废弃物处理。但是在厌氧消化过程中，随着有机氮的降解和释放，消化沼液中的氨氮浓度较高，如得不到有效处理将给环境带来不利影响。常规的处理方式是在厌氧消化后续设置单独的生物脱氮装置，但是这样不仅使工艺流程变得复杂，而且还增加了运行成本。针对这一问题，海南大学水技术团队基于前期工作成果，提出在单一的反应器中同时实现脱氮除碳的新颖构想，组织科研力量，通过添加铁泥和间歇曝气相结合的方法，开发了一种可以同时去除水产养殖粪污中碳和氮的一体化厌氧消化系统。结果表明，铁泥中的Fe(III)可以触发Feammox反应实现NH₄⁺-N的氧化，质量平衡分析指出NO₃^--N是Feammox的主要产物，随后通过异养反硝化去除。而间歇曝气可以驱动Fe(II)/Fe(III)循环以维持连续脱氨。在除碳方面，Fe(III)诱导的异化铁还原(DIR)显著促进了污泥的水解，为产甲烷菌和反硝化菌提供了更多简单的有机底物。尽管曝气对产甲烷产生了一定的负面影响，但与脱氮所节省的能耗相比还是可以接受的。在最佳曝气条件下（每3天曝气5分钟），脱氮所节省的能量比损失CH₄的能量高44.7%。该研究为富氮有机废弃物和废水的处理提供了一种简单、低成本的策略，对于实现水产养殖业的绿色可持续发展具有重要意义。

（供稿：夏晴 审核：杨飞黄薇薇）