微生物-硝酸盐-零价铁锰协同调控人工湿地砷迁移与温室气体排放的创新机制

这篇综述创新性地提出微生物-硝酸盐-零价铁锰（MNZS）协同系统，通过建立动态氧化还原梯度（Fe/Mn介导电子通量调控），同步解决人工湿地（CWs）中砷（As(III)）活化与温室气体（CH4/N2O）排放的难题。该系统整合零价铁锰（ZVI/ZVM）氧化、微生物硝酸盐还原耦合Fe(II)/Mn(II)氧化（NRFO/NRMO）等三重机制，实现砷固定（Fe/Mn氧化物共沉淀）与温室气体减排（N2O→N2、CH4→CO2）的双重目标，为多污染物协同控制提供新范式。

亮点

MNZS系统强化人工湿地砷固定

MNZS系统通过零价铁锰（ZVI/ZVM）氧化形成缺氧微区，产生生物可利用的Fe(II)/Mn(II)，并启动微生物硝酸盐还原耦合Fe(II)/Mn(II)氧化（NRFO/NRMO）。热力学分析表明，该配置实现三大功能：(1) ZVI/ZVM驱动反硝化优先通过Fe/Mn氧化物共沉淀固定As(III)；(2) 抑制甲烷依赖的As(V)还原（AOM-AsR）防止As(III)浸出；(3) 将电子流导向完全反硝化（N₂O→N₂）和甲烷氧化（CH₄→CO₂）。

整合双碳泵强化温室气体减排

MNZS系统创新性地整合微生物碳泵（MCP）和锰碳泵（MnCP），通过调节Fe(II)/Fe(III)和Mn(II)/Mn(IV)循环重塑微生物群落结构，激活关键代谢途径（如完全反硝化和甲烷氧化），显著降低CH₄（34倍CO₂全球增温潜势）和N₂O（298倍CO₂全球增温潜势）排放。

结论

1. 1.

   MNZS系统通过NRFO/NRMO（对比NRAO）和AOM-FeR/MnR（对比AOM-AsR）的热力学优势，协同提升砷固定与温室气体减排。

2. 2.

   砷-铁锰-碳-氮耦合电子网络协调生物-非生物协同（竞争→互补→协作），实现人工湿地多污染物控制。

3. 3.

   MNZS通过三重机制（ZVI/ZVM氧化还原缓冲、微生物硝酸盐分流激活、热力学路径优化）突破传统单污染物治理局限。