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为解决污水污泥堆肥腐殖化及重金属钝化效果有限的问题，研究人员探究磷酸改性椰壳生物炭（PMB）对堆肥的影响。发现 PMB 可提升腐殖酸（HA）、降低重金属生物有效性，增强菌群多样性与代谢功能，为污泥处理提供新策略。
在环境治理领域，污水污泥的妥善处理一直是备受关注的难题。随着城市化进程加快，我国每年产生高达 6000 万吨污水污泥，其虽含有氮、磷等养分及碳水化合物、蛋白质等有机质，可改良土壤理化性质与肥力，但同时也富含重金属和病原微生物，给生态环境和人类健康带来潜在风险。传统的好氧堆肥虽能通过高温杀灭病原微生物、降低重金属迁移性和生物有效性，还可将不稳定有机质经微生物代谢转化为腐殖质，但污泥高含水率和低渗透性的特性，使得堆肥过程中腐殖化和重金属钝化效果受限，堆肥产品仍存在环境污染隐患。因此，开发高效、环保且经济的堆肥添加剂成为改善这一现状的关键方向。
为攻克上述难题，来自国内研究机构的研究人员开展了关于磷酸改性椰壳生物炭（PMB）在污水污泥堆肥中作用的研究。该研究成果发表在《Environmental Technology》，为污水污泥的安全处理与资源化利用提供了新的科学依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：选取污水污泥和玉米秸秆为堆肥材料，制备了磷酸改性椰壳生物炭（PMB），设置对照组（CK）和添加 5% PMB 的处理组，在泡沫箱中进行为期 35 天的堆肥实验，期间定期翻堆并采集样本。对样本进行理化性质测定，包括酶活性（漆酶、多酚氧化酶（PPO））、多酚、腐殖酸（HA）、富里酸（FA）、重金属生物有效性等；提取 DNA 并进行高通量测序，分析细菌群落结构与多样性；利用 PICRUSt 预测细菌代谢功能；通过皮尔逊相关分析探讨腐殖化参数、重金属与细菌群落的关系。
3.1 腐殖化参数变化
研究发现，堆肥初期多酚浓度急剧下降，PMB 处理组多酚浓度显著低于对照组，表明 PMB 促进了多酚腐殖化途径，加速腐殖质合成。PPO 和漆酶活性在堆肥第 10 天达到峰值，PMB 处理组活性始终高于对照组，其多孔结构为微生物提供了适宜生境，增强了酶活性。HA 浓度在堆肥过程中持续上升，PMB 处理组 HA 浓度较对照组提高 22.19%，FA 浓度则逐渐降低，说明 PMB 加速了 FA 向 HA 的转化。聚合度和腐殖化指数（HIX）是反映堆肥腐殖化程度和成熟度的关键指标，PMB 处理组聚合度在第 24 天已超过 1.9（成熟堆肥标准），最终 HIX 达 35.73，显著高于对照组，表明 PMB 有效促进了堆肥熟化和腐殖质结构复杂化。荧光激发 - 发射矩阵（EEM）光谱显示，PMB 处理组腐殖酸类物质荧光强度显著增强，进一步验证了其对腐殖化的促进作用。
3.2 生物有效性重金属变化
堆肥过程中，Fe、Zn、Cu、Mn、Ni、Pb 等重金属的生物有效含量均逐渐降低，PMB 处理组降幅更为显著，分别较对照组降低 19.32%-41.99% 不等。PMB 较大的比表面积和高阳离子交换容量，通过吸附、离子交换、沉淀和络合等作用降低重金属生物有效性，同时其促进生成的 HA 分子中的羧基和酚羟基可与重金属离子形成络合物，进一步减少重金属的活性和迁移能力。
3.3 细菌群落结构与多样性变化
PMB 处理组细菌群落的 Chao1 和 Shannon 指数显著高于对照组，表明其增加了细菌群落的丰富度和多样性。优势菌门为放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门，PMB 处理组中与有机质分解和重金属钝化相关的厚壁菌门、放线菌门相对丰度更高。在属水平上，PMB 处理组中 Thermoactinomyces、Bacillus、Pseudomonas、Streptomyces、Taibaiella 等属的相对丰度高于对照组，这些菌属在促进有机质分解、合成 HA 及吸附重金属等方面发挥重要作用。
3.4 代谢功能分析
基于 KEGG 通路的 PICRUSt 预测显示，PMB 处理组中与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢相关的序列丰度更高，表明其促进了纤维素、蛋白质和脂质的降解，加速堆肥熟化。同时，膜运输相关通路丰度的增加，可能增强了细菌对重金属毒性的抗性。
3.5 腐殖化参数、重金属与细菌群落的关系
相关性分析表明，Streptomyces、Bacillus、Pseudomonas、Taibaiella 等菌属与重金属钝化和 HA 形成呈显著正相关。这些菌属通过直接吸附、转化重金属或间接促进 HA 合成，降低重金属生物有效性，揭示了 PMB 通过调控细菌群落结构和代谢功能实现腐殖化和重金属钝化的机制。
结论与讨论
本研究表明，磷酸改性椰壳生物炭（PMB）通过增强细菌代谢功能促进堆肥腐殖化和腐殖酸（HA）形成，并通过细菌生物修复及 HA 的吸附络合作用降低重金属生物有效性。PMB 的添加提升了细菌群落的丰富度和多样性，增加了与腐殖化和重金属钝化相关菌属的丰度，为污水污泥的安全处理和资源化利用提供了一种有效的策略。该研究不仅深化了对生物炭改性材料在堆肥中作用机制的认识，也为解决污水污泥中重金属污染问题提供了新的技术路径，具有重要的环境治理和资源循环利用意义。
