近日，河海大學李軼&江蘇大學張弛團隊研究提供了一種可持續的缺氧和磷污染緩解策略，并強調了內層吸附在磷回收中的關鍵作用以及微生物關鍵類群在磷循環調控中的重要性。研究結果以“Enhanced phosphorus removal from anoxic water using oxygen-carrying iron-rich biochar:   Combined roles of adsorption and keystone taxa"為題，在環境科學領域尤其是水研究方向的頂級期刊《Water Research》（IF = 11.4）發表，第一作者為河海大學熊心妍。

摘要

人為活動導致的水環境磷（P）富集可引發富營養化、有害藻華及水質惡化。吸附劑常被用于水體除磷及磷回收，然而在缺氧底棲環境中磷極易再次釋放。針對這一問題，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 天實驗周期中，上覆水溶解氧（DO）水平可維持在～4 mg/L（峰值達～9.5 mg/L），總磷（TP）和可溶性反應性磷（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。進一步機制探究揭示了吸附與微生物響應的協同作用：O-Fe-BC 主要通過配體交換形成內層絡合物實現高效磷酸鹽吸附，而關鍵類群（尤其是 Candidatus Electronema）在驅動水化學分異中起關鍵作用。特別地，這些電纜細菌可在表層沉積物中提供大量鐵氧化物，與磷結合以阻止其釋放，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性證實了這一點。此外，綠豆幼苗盆栽實驗表明，回收的 O-Fe-BC 顯著促進種子萌發與生長，顯示其作為富營養化水體除磷及磷回收新材料的潛力。綜上，本研究為可持續緩解缺氧及磷污染提供了有前景的策略，并強調了內層吸附在磷回收及微生物關鍵類群在磷循環調控中的重要作用。

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

DGT（薄膜擴散梯度）技術在本文中主要應用于以下幾個方面：

磷和鐵的濃度測定：利用DGT技術測定了沉積物-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，以評估不同處理對磷和鐵分布的影響。

磷和鐵的通量計算：基于DGT技術測定的濃度數據，計算了磷和鐵在沉積物-水界面的擴散通量，以量化磷和鐵的遷移速率。

磷的固定效果評估：通過比較不同處理組中DGT-可交換磷的濃度，評估了O-Fe-BC對沉積物中磷固定的效果。結果顯示，O-Fe-BC處理組在沉積物表層和深層均表現出較高的磷固定效率。

鐵的釋放風險評估：通過分析DGT-可交換鐵的濃度，評估了不同處理對鐵釋放的風險。結果表明，O-Fe-BC處理組在沉積物中維持了較低的DGT-可交換鐵濃度，降低了鐵釋放的風險。