近日，我校环境学院沈楠副教授联合新加坡南洋理工大学周琰教授，在富铁初沉污泥热解过程中磷形态转化及其调控机制方面取得重要进展。相关成果以“Retained yet redistributed: Crystallization and reduction of iron phases reshape phosphorus availability during iron-enhanced primary sludge pyrolysis”为题，发表在环境领域国际顶级期刊《Water Research》（https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126956）。团队成员丁伟硕士和陈赟副教授为共同第一作者，边博教授与张新厚教授为共同作者，沈楠副教授与新加坡南洋理工大学周琰教授为共同通讯作者，南京师范大学环境学院为第一完成单位。

磷是农业生产不可替代的营养元素，从污泥中回收磷是促进资源循环利用的重要途径。铁强化初沉工艺能够高效去除污水中的磷，但也使大量磷与铁结合并富集于污泥中，制约其后续利用。热解可将污泥转化为富磷生物炭，但磷的保留与富集并不意味着其能够被植物有效利用。热解过程中铁矿物如何影响磷的赋存形态与稳定性，是优化富铁污泥磷资源回收需要解决的关键问题。

本研究以铁强化初沉污泥为对象，结合连续化学提取、XRD、XPS和2D-COS分析，以及热力学计算与密度泛函理论模拟，系统解析了200-900°C热解过程中铁与磷的协同转化机制。研究发现，磷和铁在固体产物中的保留率均接近100%，但磷的赋存形态随温度发生明显变化。在400-600°C，铁矿物的结晶与结构重组促进铁结合态磷释放，并与污泥内源钙组分结合形成钙结合态磷；在更高温度下，铁进一步还原，磷化铁形成及富铁碳基质包埋等过程促进磷的稳定化，900°C时残渣态磷占总磷的57.8%。光谱分析与理论计算共同支持了铁物相转化驱动磷再分配的机制（图1）。

本研究揭示了铁矿物结晶与还原对污泥热解过程中磷形态转化的分阶段调控作用，为根据资源利用目标选择热解温度提供了理论依据。7天黑麦草萌发试验进一步表明，不同热解温度制备的生物炭对植物早期根、叶生长的影响存在差异，其中400°C热解形成的生物炭处理的黑麦草根长最大，为中温热解生物炭的养分利用潜力提供了初步线索。实际供磷效果仍需结合磷释放、植物磷吸收及长期土壤试验进一步验证。研究成果为富铁污泥磷资源回收与生物炭定向制备提供了新的思路。

图1 富铁初沉污泥热解过程中铁物相转化与磷再分配机制图

该工作同时获得了国家自然科学基金（52000107和42077292）和拉萨市重大科技项目（LSKJ202543）的支持。