低pH预酸化强化上流式厌氧污泥床处理聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯废水的污染物降解与微生物群落演替研究

为解决PBAT（聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯）废水高毒性有机物抑制厌氧处理的难题，研究人员通过预酸化水解（HA）结合两相厌氧工艺（UASB），显著提升COD去除率（62.2%）和甲烷转化率（159.4 mL CH4 /gCOD），并揭示微生物群落对低pH环境的适应性机制，为高毒性工业废水处理提供新策略。

　　

随着传统塑料污染问题日益严峻，可降解塑料PBAT因其良好的生物降解性成为替代品，但其生产废水含有高浓度环戊酮（CPO）、四氢呋喃（THF）等有毒物质，严重抑制微生物活性，传统处理技术成本高昂且效率低下。如何高效降解这类废水中的顽固污染物，同时实现能源回收（甲烷转化），成为环境工程领域的重大挑战。

为破解这一难题，来自安徽某高校与华东工程科技股份有限公司的研究团队在《Desalination and Water Treatment》发表论文，创新性地提出低pH预酸化水解（HA）联合两相厌氧工艺（UASB）的处理策略。通过模拟废水实验，团队发现预酸化阶段（pH 3.8-4.2）可有效分解CPO（降解18.8%）和THF（降解0.6%），显著降低废水毒性；后续UASB反应器的甲烷转化率较单相工艺提升38%，微生物群落分析更揭示出产氢产乙酸菌（SAOB）与甲烷八叠球菌（Methanosarcina）的协同作用是性能提升的关键。

研究采用生化甲烷势（BMP）测试评估污染物降解潜力，通过16S rRNA测序解析微生物群落结构，并建立改良Gompertz模型量化甲烷产率。实验设计包含水解酸化反应器（R1）、产甲烷UASB反应器（R2）和单相厌氧反应器（R3）的对比组，以COD去除率、甲烷产量及关键污染物浓度为核心指标。

3.1 生化甲烷潜力分析
BMP实验显示，PBAT废水在低浓度（1000 mg COD/L）时甲烷产率达343.4±2.7 mL CH₄
/gCOD，但随浓度升高抑制效应加剧。THF和CPO的甲烷产率仅为空白组的71%和76%，证实其显著抑制微生物活性。

3.2 两相工艺效能优势
R1-R2组合工艺的COD去除率（62.2%）较单相工艺（48%）提升1.3倍，甲烷转化率达159.4 mL CH₄
/gCOD。预酸化阶段使CPO和THF浓度分别降低20%和63.4%，为后续产甲烷创造有利条件。

3.3 微生物群落演替
16S rRNA分析表明，R2中产氢产乙酸菌（如Synergistota，相对丰度38.76%）和多功能甲烷菌（Methanosarcina，17.86%）显著富集，形成高效的“酸化-产甲烷”耦合通路；而单相R3则以氢营养型甲烷菌（Methanobacterium）为主，代谢路径单一。

该研究证实低pH预酸化可通过调控微生物群落结构突破PBAT废水处理瓶颈：一方面降解毒性物质缓解生物抑制，另一方面促进SAOB与甲烷菌的协同代谢，实现污染物去除与能源回收的双重目标。未来研究可延长运行周期以验证工艺稳定性，或通过生物强化进一步提升抗毒性能力。这一成果为高毒性工业废水的厌氧处理提供了可推广的技术范式，对推动可降解塑料产业的绿色发展具有重要意义。