Water Research｜导电 Fe₃O₄ 强化显影液废水厌氧处理：揭示胁迫依赖性电子传递新机制

       随着半导体、液晶面板等产业的快速发展，显影液废水已成为电子工业废水处理的重要挑战。其核心污染物四甲基氢氧化铵（TMAH）具有强碱性和生物毒性，废水中浓度可达数克每升，且占有机组分的一半以上。厌氧消化具有较好的微生物耐受性和能源回收潜力，是处理此类废水的优势方案。但生物毒性TMAH 会破坏细胞膜完整性、扰乱离子稳态与跨膜氧化还原过程，导致代谢受阻，是制约该技术应用于显影液废水处理的重要瓶颈。导电磁铁矿（Fe₃O₄）兼具铁元素释放与导电特性，既可通过释放 Fe²⁺ 为微生物胞内电子代谢提供支持，也可能作为导电介体促进微生物间的胞外电子传递。然而，Fe₃O₄能否有效强化显影液废水的厌氧降解？其双重作用在厌氧生物体系中如何协同调控降解活性？强化机制是否与胁迫程度有关？这些问题仍缺乏系统认识。

图文摘要 导电Fe₃O₄驱动厌氧TMAH降解电子传递策略的胁迫依赖性转变

       针对这一问题，中山大学生态学院（深圳校区）严汪汪副教授团队联合深水光明水环境有限公司，开展了导电 Fe₃O₄ 强化显影液废水厌氧生物降解技术研究。研究发现，Fe₃O₄投加导电 Fe₃O₄ 能够显著强化 TMAH 的厌氧降解，提高高浓度显影液废水的处理效能。进一步分析揭示Fe₃O₄ 的强化作用并非一成不变，而是随 TMAH 胁迫强度发生"角色切换"：在低至中等负荷下，它主要作为"铁源"，通过缓慢释放 Fe²⁺ 支持胞内铁依赖性电子代谢；当负荷升至严重胁迫水平时，它的导电特性作用开始凸显，既充当电活性细菌与产甲烷古菌之间的导电介体、促进种间直接电子传递（DIET），又把这些经胞外导入的电子接入产甲烷古菌胞内，与 F₄₂₀ 依赖的 C₁ 代谢及 HdrABC-MvhADG 介导的电子分叉相耦合，形成"胞外—胞内"协同的电子传递过程，从而强化高负荷条件下的产甲烷代谢与 TMAH 去除（图1）。该研究为显影液废水等有毒工业废水的厌氧处理提供了新的技术思路，也为导电铁基材料在环境生物处理中的应用与工艺设计提供了理论依据。

       相关研究成果以"Conductive Fe₃O₄ drives a stress-dependent shift in electron-transfer strategies during anaerobic tetramethylammonium hydroxide degradation"为题，于 2026 年 10 月 2 日在线发表于环境领域权威期刊 Water Research（卷 309，文章号 127060）。中山大学生态学院硕士研究生陈姝谚为第一作者，严汪汪副教授为通讯作者；其他作者包括 Xiaodong Xin、Jiaojiao Yang、Hui Xu、Xinchao Zhu 和 Guan Wang。本研究得到国家自然科学基金（42407095）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515110434）和 2026 年水产动物疫病防控与健康养殖全国重点实验室专项资金资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.127060