【摘 要】
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蓝铁石结晶法作为污水污泥中回收磷资源的有效途径,近年来得到广泛关注。然而回收产物蓝铁石与污泥分离困难,极大地限制了这一方法的实际应用。针对这一问题,本论文探究了四方纤铁矿（Akaganeite,A）、针铁矿（Geothite,G）、赤铁矿（Hematite,H）三种不同铁氧化物铁还原性能的差异。基于铁球表面氧化还原过程,以铁芯小球为基体在其表面原位包覆铁还原效果较优的铁氧化物并生成蓝铁石,最后通过
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蓝铁石结晶法作为污水污泥中回收磷资源的有效途径,近年来得到广泛关注。然而回收产物蓝铁石与污泥分离困难,极大地限制了这一方法的实际应用。针对这一问题,本论文探究了四方纤铁矿（Akaganeite,A）、针铁矿（Geothite,G）、赤铁矿（Hematite,H）三种不同铁氧化物铁还原性能的差异。基于铁球表面氧化还原过程,以铁芯小球为基体在其表面原位包覆铁还原效果较优的铁氧化物并生成蓝铁石,最后通过磁性回收法实现蓝铁石廉价高效的直接回收。以污水作为微生物接种源,以A、G、H三种铁氧化物为电子受体,结合X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）对末期产物的表征,发现A的平均异化铁还原速率分别比G和H高67%和200%,对应蓝铁石生成率分别高64%和188%,群落分析结果表明Geobacter逐渐成为体系内代表性异化金属还原菌。以Geobacter sulfurreducens为接种源,选用A、G、H三种铁氧化物作为电子受体,解析了基于溶解重结晶机制的蓝铁石合成过程中铁氧化物理化性质与矿物解离及异化铁还原效能之间的关系。研究表明,A的平均异化铁还原速率分别比G和H高2.35和2.8倍,对应蓝铁石生成率分别高2.67和4.4倍。相比污水微生物体系,A在G.sulfurreducens体系的铁还原优势更为明显。矿物溶解度分别与氧化还原电位呈显著的正相关（r=1,P＜0.01）,与结晶度呈显著负相关关系（r=-1,P＜0.05）。重结晶过程中相关性因素的多元线性回归分析结果表明,氧化还原电位对异化铁还原效率和磷矿化的影响程度更大,综上,氧化还原电位是溶解重结晶机制介导的铁氧化物矿化蓝铁石过程中的限制性因素。基于A在异化铁还原体系的优异性能,通过在生铁球表面滴加稀盐酸的方法制备了 A矿物包覆型小铁球,进而在污水体系完成异化铁还原进程并在其表面生成蓝铁石,利用0.32T的磁场实现了蓝铁石的磁性回收。成本分析结果表明铁球表面矿化合成蓝铁石并进行磁性回收的成本是1.085元/mM蓝铁石,相比于投加铁盐矿化离心回收（13.929元/mM蓝铁石）,其成本下降了 92%,这一结果表明通过铁芯小球表面氧化还原结合磁性分离回收蓝铁石具有更显著的成本优势。本研究强化了铁氧化物晶型、理化特征与微生物异化金属还原相关性的理论认识,为铁芯小球包覆铁氧化物的蓝铁石合成及磁性回收提供了应用基础。
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