过硫酸氢盐-钢渣协同强化污泥厌氧发酵产短链脂肪酸：微生物群落与代谢机制解析

针对污泥厌氧发酵(Anaerobic Fermentation, AF)中短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)产量低、甲烷竞争抑制等问题，研究人员创新性采用过硫酸氢盐(Peroxymonosulfate, PMS)与钢渣(Steel Slag, SS)协同处理，显著提升SCFAs产量至328.6 mg COD/g VSS，并揭示其通过促进污泥溶胞、抑制产甲烷及激活脂肪酸合成通路的作用机制，为污泥资源化与工业固废协同利用提供新策略。

　　

随着全球城市化进程加速，污水处理厂每年产生大量废弃活性污泥(Waste Activated Sludge, WAS)，其富含有机质却难以高效利用。传统厌氧发酵(Anaerobic Fermentation, AF)技术虽能转化污泥为短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)等资源，但面临可降解底物不足、产甲烷菌竞争消耗SCFAs等瓶颈。碱性发酵虽能抑制甲烷生成，却需频繁调节pH且恶化污泥脱水性能。如何突破这些限制，实现污泥高值化利用，成为环境工程领域的重大挑战。

来自山西的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新研究，提出过硫酸氢盐(Peroxymonosulfate, PMS)与钢渣(Steel Slag, SS)协同处理策略。通过分析太原某污水厂的污泥样本，结合宏基因组学和微生物群落分析，发现0.11 g/g TSS PMS与0.3 g/g TSS SS组合可在8天内将SCFAs产量提升至328.6 mg COD/g VSS，较对照组提高8.1倍。该方案同步改善污泥脱水性并降低发酵液磷浓度，实现"以废治废"的循环经济理念。

关键技术方法
研究采用太原市政污水处理厂的WAS样本，通过PMS氧化与SS碱活化协同处理，结合挥发性悬浮固体(VSS)量化、化学需氧量(COD)分析及气相色谱测定SCFAs。利用16S rRNA测序解析微生物群落结构，辅以宏基因组学挖掘功能基因与代谢通路，并测定毛细吸水时间(CST)评估脱水性能。

Effect of PMS-SS combination on SCFAs production
实验显示PMS剂量依赖性地促进SCFAs积累，0.11 g/g TSS PMS+SS组产量达峰值，较单一处理组提升1.3-8.1倍。过量PMS(0.14 g/g TSS)反而抑制产酸，表明氧化强度需精准调控。

Microbial community and metagenomic analyses
PMS-SS组显著富集水解菌(如Bacteroidetes)和产酸菌(如Clostridium)，产甲烷菌Methanosaeta丰度降低76%。宏基因组分析揭示脂肪酸生物合成途径关键基因(如fabG、accA)表达上调，乙酰-CoA代谢通量增加2.8倍。

Conclusions
该研究证实PMS-SS组合通过三重机制增效：(1)ROS(SO₄
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OH)破碎污泥细胞壁促进溶胞；(2)SS持续释碱维持pH 9.2±0.3，抑制产甲烷；(3)激活微生物脂肪酸合成网络。发酵后污泥CST值降低41%，液相磷浓度下降63%，兼具资源回收与环境风险控制双重效益。

讨论与意义
研究首次将工业固废SS与绿色氧化剂PMS耦合，突破传统碱性发酵的技术壁垒。Yuqi Wu等作者指出，该方案无需外源碱剂投加，较NaOH成本降低57%，且同步解决磷污染难题。成果为WAS与SS协同资源化提供全新范式，入选山西省专利转化计划(202406023)，具有显著工程应用前景。未来需在中试规模验证长期运行稳定性，并探索ROS调控微生物代谢的分子开关机制。