热与氯霉素预处理对污泥厌氧生物转化的影响：理化特性与微生物群落调控机制解析

为解决污泥厌氧消化效率低、微生物竞争抑制目标产物（如H2和CH4）的问题，中国科学院的研究团队对比了热预处理与氯霉素预处理对污泥理化特性及微生物群落的影响。研究发现，热预处理促进孢子形成菌Firmicutes富集，提升沼气产率（35.0 mL/g VS）和甲烷含量（61%）；氯霉素则通过抑制核糖体引发微生物裂解，显著提高蛋白质（43.5%）和脂质（12.0%）溶出，并增强氢生成（H2含量达18%）。该研究为定向调控污泥生物转化路径提供了理论依据。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂产生的剩余污泥已成为环境治理的难题。传统厌氧消化技术面临污泥降解效率低、甲烷产量不稳定等问题，而微生物群落间的底物竞争进一步制约了氢能等清洁能源的回收。如何通过预处理手段精准调控污泥特性与微生物功能，成为提升生物能源转化效率的关键。

中国科学院大学的研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表论文，系统比较了热预处理与氯霉素预处理对污泥厌氧生物转化的影响。研究人员采集北京雁栖校区污水处理厂的厌氧消化污泥，设置对照组、热处理组（≤120°C）和氯霉素处理组，通过元素分析、宏分子检测、沼气测定及16S rRNA测序等技术，揭示了两种预处理对污泥理化性质、微生物群落及产物分布的差异化调控机制。

关键技术方法

研究采用元素分析仪测定C/N比，通过分光光度法量化蛋白质、脂质含量；利用气相色谱分析沼气成分（CH₄、H₂等）；结合高通量测序解析微生物群落结构变化；以化学需氧量(COD)和总挥发性脂肪酸(TVFA)评估有机质降解效率。

研究结果

元素组成与C/N比

氯霉素组C/N比降至12.8±0.18，显著低于热处理组（15.0±0.12）和对照组（13.83），表明抗生素处理加速了含氮有机物溶出。

宏分子分布与微生物裂解

氯霉素引发剧烈细胞裂解，蛋白质和脂质含量分别提升43.5%和12.0%，VS/TS比降至0.60±0.02；热处理组则表现为温和的有机质释放。

沼气产量与组分

热处理组沼气产率最高（35.0 mL/g VS），甲烷占比61%；氯霉素组虽总产气量略低（33.0 mL/g VS），但H₂含量提升至18%，且COD和TVFA去除率分别达20.0%和77.8%。

微生物群落重构

热处理富集耐热Firmicutes（占比提升2.1倍），而氯霉素组显著增加Chloroflexi和Actinobacteriota（氢生成菌群），抑制了甲烷菌活性。

结论与意义

该研究证实热预处理通过物理裂解细胞壁促进甲烷生成，而氯霉素则通过抑制蛋白质合成定向调控微生物代谢流向氢能转化。两种策略分别适用于不同能源回收目标：热处理适合传统沼气工程，氯霉素处理则为氢能优先工艺提供新思路。研究成果为污泥资源化提供了可量化的预处理选择依据，尤其对实现"双碳"目标下的生物能源精准调控具有重要参考价值。