近日，環境科學與工程學院張盼月教授課題組在環境科學與生態學領域一區Top期刊《Water Research》（影響因子：11.4）發表論文“剩余污泥處理新策略——結構性胞外聚合物回收和揮發性脂肪酸生產”。房瑋副教授為論文第一作者，張盼月教授為通訊作者，北京林業大學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物，將產量巨大、成分復雜的污泥進行資源化處理對推動減污降碳協同增效具有重要意義。近年來研究表明，結構性胞外聚合物（structural extracellular polymeric substances，SEPS）是剩余污泥的重要組成部分，由于SEPS具有獨特的結構、大的比表面積及含有大量官能團等物理化學特性，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受到人們的廣泛關注。但目前從污泥回收SEPS面臨一些問題，包括回收產率低，缺乏對SEPS組成、功能、來源等信息的精準識別，限制了其應用潛力，未考慮回收后剩余污泥處理等。
針對上述問題，本研究提出“SEPS回收+厭氧發酵產酸”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 的最高產量為209 ± 13 mg/gVS。聯合熱裂解-氣相色譜-質譜聯用技術與紅外分析，確定了SEPS主要由蛋白、多糖等物質組成。蛋白質組學分析表明，SEPS 中的蛋白質主要來自參與固氮和有機物降解的微生物，包括它們的胞內和膜相關區域。這些蛋白質表現出多種催化活性，并在污泥聚集過程中發揮關鍵作用。SEPS提取效率的提高主要歸因于高效的離子交換和有機聚合物溶解。
此外，SEPS 提取過程顯著提高了剩余污泥厭氧的可生化性。厭氧發酵10d后，揮發性脂肪酸的最大產量為 420±14 mg COD/g VSadded，比原污泥的產量高77.2 ± 0.1 %。分析表明，SEPS 提取不僅提高了剩余污泥增溶效率，還降低了厭氧發酵過程中甲烷菌的相對活性，使發酵過程中的微生物種群向水解酸化菌群轉變，如Fermentimonas sp.和 Soehngenia sp.。該研究對實現剩余污泥高價值資源回收具有重要意義。
該項工作得到中央高校基本科研業務費（BLX202150）和“生態修復工程學”高精尖學科的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122421
