因现代生活方式对自然磷循环的破坏,“磷危机”已成为了悬在人类项上的“达摩克里斯之剑”。缓解磷危机的有效方式是从污水处理过程中去除并回收之,而从剩余污泥中回收磷可补偿我国约25%磷肥消耗。近年来,蓝铁矿(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)作为一种新磷回收产物得到广泛关注。蓝铁矿在剩余污泥厌氧消化系统中可利用所含铁与磷酸盐藉异化金属还原菌(DMRB)自发形成。被回收蓝铁矿除作为磷肥原料外,亦可作为锂电池电极原料,具有较高的经济价值。目前蓝铁矿回收实践中,存在回收率不高,需额外投加铁等问题。基于此,课题针对蓝铁矿生成强化及调控机制开展研究,旨在探究影响蓝铁矿产量及纯度的干扰因素,为强化技术策略提供实验基础。基于文献调研与软件模拟,首先对限制蓝铁矿产量的主因提出设想:在消化初期磷酸盐(PO₄^3-)释放早于铁Fe(Ⅲ)还原速率高峰,使得Fe²⁺竞争能力弱于干扰离子(如Al³⁺、Ca²⁺等),导致系统中生成了其它磷酸盐化合物而非蓝铁矿。这是由于DMRB需要VFAs作为电子供体,而PO₄^3-释放又早于VFAs大量生成,从而导致反应上的不协调。通过直接添加Fe(Ⅱ)、模拟加快Fe(Ⅲ)还原速率之情景实验验证了上述设想,使蓝铁矿产量提升25%,蓝铁矿含量可达227 mg(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)/g干污泥。实验中也发现,消化前期对于蓝铁矿生成更为重要,决定着蓝铁矿大部分生成量。这可能是因各类干扰离子也与PO₄^3-同时期形成、释放,使得Fe(Ⅲ)若不能在初期快速还原,则失去了合适的竞争机会。结果,即使反应后期产生了较多Fe²⁺,也难以再提升蓝铁矿产量。对污泥进行高通量测序后发现,系统起主要作的DMRB为红育菌属(Rhodoferax),所需电子供体为乙酸。这也充分证明上述Fe(Ⅲ)还原滞后的设想。这就需要通过调节DMRB活性来加速Fe(Ⅲ)还原,以提升蓝铁矿产量。通过抑制产甲烷菌(MPB)活性,验证了它们与DMRB使用同类碳源,两种菌对VFAs存在竞争关系。从个体来讲,DMRB可完全氧化有机物,竞争能力更强。但从种群来看,受限于Fe(Ⅲ)结合电子能力与总量,DMRB菌在系统中的相对丰度较低。因此,MPB更具竞争力。通过实验测定,系统中DMRB对VFAs最大摄取能力为0.795mmol·L^-1·d^-1,MPB对VFAs最大摄取能力为1.71 mmol·L^-1·d^-1。当两类微生物共存竞争VFAs时,MPB对VFAs竞争能力约为DMRB的60.4%,能使铁还原速率最多延缓38%。通过在反应初期向系统中投加额外VFAs,可让乙酸加快促进Fe(Ⅲ)还原速率,从而促进DMRB活性。而投加淀粉、葡萄糖等有机物亦可间接提升Fe(Ⅲ)还原速率,这可能与影响水解微生物活性与种群结构原因有关。基于上述对Fe(Ⅲ)还原过程探究结果,提出通过促进系统中大分子有机物水解与VFAs生成过程作为蓝铁矿生成强化策略。于是,结合实际工程经验,对实验生污泥采取了预处理手段。实验结果显示,预处理后系统中溶解性COD与后续VFAs产生明显提升,从而促进了Fe(Ⅲ)还原。其中,热水解处理效果最为显著,可使蓝铁矿产量提升128%,而超声、冻/融处理只能提升50%。通过热水解预处理手段不仅可强化蓝铁矿生成,又可兼顾沼气增产,具有一定实用价值。