生物酶介导的工程疏浚污泥绿色调理及脱水增效机制研究

《Journal of Cleaner Production》：Bio-enzyme mediated conditioning strategies for enhanced dewaterability of construction-related dredged sludge

本文系统评估溶菌酶（LZM）、中性纤维素酶（CEL）、中性蛋白酶（PRT）和α-淀粉酶（AML）四种生物酶对疏浚污泥脱水性能的绿色调理作用。研究发现生物酶通过靶向降解胞外聚合物（EPS），分别通过细胞裂解释放结合水（LZM）和重构EPS空间结构（AML/PRT/CEL）双路径显著提升脱水效率，脱水效果排序为AML>PRT>CEL>LZM。该研究为城市基建项目污泥资源化（如土壤改良剂、低碳建材）提供了可持续技术方案。

　　

Highlight

生物酶驱动的调理策略为高含水率疏浚污泥提供了绿色脱水方案，其通过特异性降解EPS组分实现水分高效脱除，同时避免化学添加剂带来的二次污染。

Sludge dewatering performance at different ISC

在实际污泥脱水应用中，疏浚污泥的初始含水率（Mc）通常超过90^%，而不同初始污泥浓度（ISC）下调理污泥的过滤性能显著影响脱水效率。本研究评估了四种生物酶（LZM、CEL、PRT、AML）在5^%、7^%、9^%、11^%的ISC范围内的脱水表现。结果显示，所有酶类在ISC为7^%时均达到最佳脱水效果，其中AML调理后污泥的SRF（比阻）降低幅度最大（达82^%），且滤饼含水率稳定降至45^%以下。高ISC（>9^%）会因污泥黏度增加削弱酶分子扩散效率，而低ISC（<5^%）则因EPS浓度不足限制酶解反应速率。

Conclusion

本研究对比评估了LZM、CEL、PRT、AML四种生物酶对疏浚污泥的调理效能。结果表明所有酶均能显著改善脱水性，使Mc降至约45^%，SRF降低最高达80^%。通过系统分析ISC、酶剂量与调理时间的影响，发现脱水效果与EPS中多糖/蛋白质比例变化呈强负相关（R²>0.9）。机制上，LZM通过裂解细胞壁释放结合水，而AML/PRT/CEL则将TB-EPS（紧密结合型EPS）转化为可溶性状态，形成多孔排水通道。该绿色策略为污泥减量化及资源化提供了技术支撑。

CRediT authorship contribution statement

袁媛：文稿修订与实验设计；赖志龙：数据采集与初稿撰写；范志杰：方法论与数据分析；崔永涛：研究指导；刘思思：实验验证；董耀华：数据校验；沈圆圆：机制分析；王丽萍：文献整理；钱晓明：概念框架；范润华：项目统筹。

Declaration of competing interest

作者声明无潜在利益冲突。

Acknowledgements

研究受国家自然科学基金（12372183）和上海市启明星计划（24QA2703400）资助。