近日，河海大學(xué)李軼&江蘇大學(xué)張弛團(tuán)隊(duì)研究提供了一種可持續(xù)的缺氧和磷污染緩解策略，并強(qiáng)調(diào)了內(nèi)層吸附在磷回收中的關(guān)鍵作用以及微生物關(guān)鍵類群在磷循環(huán)調(diào)控中的重要性。研究結(jié)果以“Enhanced phosphorus removal from anoxic water using oxygen-carrying iron-rich biochar:   Combined roles of adsorption and keystone taxa"為題，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域尤其是水研究方向的頂級(jí)期刊《Water Research》（IF = 11.4）發(fā)表，第一作者為河海大學(xué)熊心妍。

摘要

人為活動(dòng)導(dǎo)致的水環(huán)境磷（P）富集可引發(fā)富營養(yǎng)化、有害藻華及水質(zhì)惡化。吸附劑常被用于水體除磷及磷回收，然而在缺氧底棲環(huán)境中磷極易再次釋放。針對(duì)這一問題，本研究制備了載氧富鐵生物炭（O-Fe-BC），其作為高效氧微納米氣泡載體（1.5 MPa 下 Q = 8.7024 cm3/g STP）及磷吸附劑（qm = 16.7097 mg P/g，q0.1 = 3.1974 mg P/g）。在 O-Fe-BC 處理的 90 天實(shí)驗(yàn)周期中，上覆水溶解氧（DO）水平可維持在～4 mg/L（峰值達(dá)～9.5 mg/L），總磷（TP）和可溶性反應(yīng)性磷（SRP）水平下降超 96%。與其他組相比，O-Fe-BC 組表層沉積物 - 生物炭混合物中無機(jī)磷含量更高，且沉積物孔隙水中活性磷和鐵濃度更低，表明磷固定作用增強(qiáng)。進(jìn)一步機(jī)制探究揭示了吸附與微生物響應(yīng)的協(xié)同作用：O-Fe-BC 主要通過配體交換形成內(nèi)層絡(luò)合物實(shí)現(xiàn)高效磷酸鹽吸附，而關(guān)鍵類群（尤其是 Candidatus Electronema）在驅(qū)動(dòng)水化學(xué)分異中起關(guān)鍵作用。特別地，這些電纜細(xì)菌可在表層沉積物中提供大量鐵氧化物，與磷結(jié)合以阻止其釋放，Ca. Electronema 豐度與氧化還原電位（ORP）、TP、SRP 及沉積物鐵磷變化的顯著相關(guān)性證實(shí)了這一點(diǎn)。此外，綠豆幼苗盆栽實(shí)驗(yàn)表明，回收的 O-Fe-BC 顯著促進(jìn)種子萌發(fā)與生長，顯示其作為富營養(yǎng)化水體除磷及磷回收新材料的潛力。綜上，本研究為可持續(xù)緩解缺氧及磷污染提供了有前景的策略，并強(qiáng)調(diào)了內(nèi)層吸附在磷回收及微生物關(guān)鍵類群在磷循環(huán)調(diào)控中的重要作用。

DGT技術(shù)的應(yīng)用為研究提供了精確的磷和鐵濃度數(shù)據(jù)，有助于深入理解O-Fe-BC在水體磷污染控制中的作用機(jī)制，特別是在沉積物-水界面處的磷固定和鐵循環(huán)過程。

DGT（薄膜擴(kuò)散梯度）技術(shù)在本文中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

磷和鐵的濃度測(cè)定：利用DGT技術(shù)測(cè)定了沉積物-水界面（SWI）處以及沉積物中不同深度的DGT-可交換磷（DGT-labile P）和DGT-可交換鐵（DGT-labile Fe）的濃度，以評(píng)估不同處理對(duì)磷和鐵分布的影響。

磷和鐵的通量計(jì)算：基于DGT技術(shù)測(cè)定的濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算了磷和鐵在沉積物-水界面的擴(kuò)散通量，以量化磷和鐵的遷移速率。

磷的固定效果評(píng)估：通過比較不同處理組中DGT-可交換磷的濃度，評(píng)估了O-Fe-BC對(duì)沉積物中磷固定的效果。結(jié)果顯示，O-Fe-BC處理組在沉積物表層和深層均表現(xiàn)出較高的磷固定效率。

鐵的釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：通過分析DGT-可交換鐵的濃度，評(píng)估了不同處理對(duì)鐵釋放的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，O-Fe-BC處理組在沉積物中維持了較低的DGT-可交換鐵濃度，降低了鐵釋放的風(fēng)險(xiǎn)。