综述：微曝气改善有机污染物的厌氧处理及沼气生产

这篇综述探讨了微曝气（micro-aeration）技术在厌氧消化（AD）中的应用，重点分析了其对难降解有机物（如脂类、烃类、药物等）的降解促进作用及甲烷产量提升机制。文章系统梳理了氧剂量控制策略、微生物群落重塑（如兼性厌氧菌FAB的保护作用）和生物能学（如ΔG'计算），并指出该技术在H2S去除、VFA（挥发性脂肪酸）代谢和脂类转化中的潜力，为优化废弃物能源化提供了新思路。

　　

微曝气：厌氧处理与沼气生产的增效利器

厌氧消化（AD）作为废弃物处理与可再生能源生产的成熟技术，仍面临难降解有机物（如脂类、BTEX、药物等）的转化效率瓶颈。微曝气——即精准控制微量氧气的引入，通过重塑微生物群落和优化代谢路径，成为突破这一瓶颈的创新策略。

生物能学视角下的氧调控机制

严格厌氧环境中，有机物降解的吉布斯自由能变化（ΔG^0'）常为正值（如油酸盐氧化ΔG^0' = +325.7 kJ·反应^-1），依赖产甲烷菌消耗H₂/甲酸驱动反应。而微氧条件下（如1%空气饱和度），ΔG'显著降低（油酸盐氧化ΔG' = -10,120.9 kJ·反应^-1），激活兼性厌氧菌（FAB）的有氧呼吸，加速水解与酸化。这种“能量杠杆”效应尤其适用于脂类转化：FAB（如假单胞菌属）将毒性较高的油酸（C_18:1）转化为易降解的棕榈酸（C_16:0），同时消耗氧气保护严格厌氧菌群。

氧剂量控制：从实验室到工程实践

关键技术挑战在于平衡氧剂量。膜曝气（如硅胶管）可实现100%氧传递率，而纳米气泡技术（50-200 nm）延长氧滞留时间至2周以上。典型微氧浓度（0.1 mg O₂·L^-1）对应氧化还原电位（ORP）范围-300至0 mV。过量氧气（>1 mg·L^-1）会抑制产甲烷菌，但间歇曝气（如每24小时5分钟）可避免累积毒性。

污染物降解的实战案例

在石化废水处理中，微氧预处理使COD去除率从11%提升至25%，BTEX降解率超83%。制药废水处理中，微氧将雌激素（E1/E2/EE2）和抗生素（SMX）的去除率从<10%提高到50-89%。对于含脂废水，微氧预处理使甲烷产量提升19-20%，关键归因于FAB主导的“油酸-棕榈酸-甲烷”转化链。

未来挑战与智能化方向

当前瓶颈包括：1）氧传递效率优化，需开发动态ORP反馈系统；2）微生物互作机制解析，可结合宏基因组学与合成菌群构建；3）经济性平衡，建议利用沼气发电驱动微曝气设备。数字孪生和AI模型有望实现氧剂量的精准预测，推动微氧AD从“试错法”迈向“计算驱动”的新阶段。