近日，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院張盼月教授課題組在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊《Water Research》（影響因子：11.4）發(fā)表論文“剩余污泥處理新策略——結(jié)構(gòu)性胞外聚合物回收和揮發(fā)性脂肪酸生產(chǎn)”。房瑋副教授為論文第一作者，張盼月教授為通訊作者，北京林業(yè)大學(xué)為文章第一完成單位。
剩余污泥是城市污水處理廠污水處理的副產(chǎn)物，將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥進(jìn)行資源化處理對(duì)推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效具有重要意義。近年來研究表明，結(jié)構(gòu)性胞外聚合物（structural extracellular polymeric substances，SEPS）是剩余污泥的重要組成部分，由于SEPS具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、大的比表面積及含有大量官能團(tuán)等物理化學(xué)特性，使其在污水處理、絮凝回收、阻燃等方面均有非常重要的作用。從污泥中提取回收SEPS受到人們的廣泛關(guān)注。但目前從污泥回收SEPS面臨一些問題，包括回收產(chǎn)率低，缺乏對(duì)SEPS組成、功能、來源等信息的精準(zhǔn)識(shí)別，限制了其應(yīng)用潛力，未考慮回收后剩余污泥處理等。
針對(duì)上述問題，本研究提出“SEPS回收+厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸”污泥處理新工藝，確立了適用于剩余污泥SEPS提取的最佳工況（溫度為 90 ℃、加熱時(shí)間為 60 min、Na+用量為 8.0 mmol/gVSsludge、沉淀所需 pH 值為 4.0），該條件下SEPS 的最高產(chǎn)量為209 ± 13 mg/gVS。聯(lián)合熱裂解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)與紅外分析，確定了SEPS主要由蛋白、多糖等物質(zhì)組成。蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，SEPS 中的蛋白質(zhì)主要來自參與固氮和有機(jī)物降解的微生物，包括它們的胞內(nèi)和膜相關(guān)區(qū)域。這些蛋白質(zhì)表現(xiàn)出多種催化活性，并在污泥聚集過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。SEPS提取效率的提高主要?dú)w因于高效的離子交換和有機(jī)聚合物溶解。
此外，SEPS 提取過程顯著提高了剩余污泥厭氧的可生化性。厭氧發(fā)酵10d后，揮發(fā)性脂肪酸的最大產(chǎn)量為 420±14 mg COD/g VSadded，比原污泥的產(chǎn)量高77.2 ± 0.1 %。分析表明，SEPS 提取不僅提高了剩余污泥增溶效率，還降低了厭氧發(fā)酵過程中甲烷菌的相對(duì)活性，使發(fā)酵過程中的微生物種群向水解酸化菌群轉(zhuǎn)變，如Fermentimonas sp.和 Soehngenia sp.。該研究對(duì)實(shí)現(xiàn)剩余污泥高價(jià)值資源回收具有重要意義。
該項(xiàng)工作得到中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（BLX202150）和“生態(tài)修復(fù)工程學(xué)”高精尖學(xué)科的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122421
