厌氧消化/热解集成技术实现纺织印染废水与生物质废料协同资源化：生命周期评估与技术经济分析

本研究针对纺织印染废水（TDW）处理中残留污泥二次污染风险及经济可行性问题，创新性整合生物炭强化厌氧消化（AD）与污泥热解技术，通过实验与模型分析证实：2 g L?1锯末生物炭（SDBC）可使脱色率（95.64%）、COD转化率（78.85%）和CH4产率（238.58 mL g?1 COD）提升50–70%，生命周期评估（LCA）显示该集成方案兼具环境可持续性（减少染料渗滤污染）与经济可行性（投资回收期6.29年），为废水处理行业实现SDGs目标提供科学依据。

　　

纺织印染行业每年产生大量含染料和有毒化学物质的废水（TDW），传统处理方法面临染料降解效率低、中间产物抑制微生物活性等挑战。厌氧消化（AD）虽能转化有机物为沼气，但染料分子电子传递效率差导致系统性能受限。更棘手的是，处理后的污泥含有残留污染物，不当处置可能引发二次环境风险。如何实现废水高效处理与污泥安全资源化，成为行业可持续发展的关键瓶颈。

日本国际协力机构（JICA）支持的研究团队提出创新解决方案：将锯末生物炭（SDBC）强化AD与污泥热解技术耦合，形成闭环处理体系。研究人员通过批次实验（35±1°C，28天）证实，添加2 g L^?1 SDBC可使甲基橙（MO）染料脱色率提升至95.64%，COD去除率达78.85%，甲烷产量提高67%至238.58 mL g^?1 COD。生物炭通过促进直接种间电子传递（DIET）和微生物固定化，显著提升系统稳定性。

主要技术方法
研究采用模拟TDW（含甲基橙染料和标准营养盐）进行批次AD实验，对比不同SDBC投加量的处理效能；通过气相色谱监测CH₄产量，紫外分光光度法测定脱色率；建立LCA模型比较不同处理场景的环境影响；结合净现值（NPV）和内部收益率（IRR）评估经济可行性。

性能分析
SDBC的介孔结构（比表面积312 m² g^?1）为电活性微生物（如Methanosaeta）提供栖息地，其表面醌基团加速电子传递，使酸化阶段挥发性脂肪酸（VFA）积累减少41%。宏基因组分析显示，SDBC组产甲烷古菌丰度提升2.3倍。

环境经济评估
LCA显示单纯AD处理虽减少废水污染，但污泥填埋会产生含染料渗滤液（人类生态风险指数达1.47）。而集成热解方案通过将污泥转化为生物炭（碳封存率71%）和可燃气，使全球变暖潜值（GWP）降低62%，富营养化潜值（EP）下降58%。经济分析表明，集成方案IRR达9.47%，主要收益来自沼气发电（0.04美元 kWh^?1）和生物炭销售（2.65美元 kg^?1）。

结论与意义
该研究首次从"技术-环境-经济"三维度验证了AD/热解集成系统的可行性：① SDBC通过促进DIET提升TDW处理效能；② 污泥热解彻底消除染料污染扩散风险；③ 6.29年投资回收期符合商业化要求。成果直接支持联合国可持续发展目标（SDG#7清洁能源、SDG#12负责任消费），未来需进一步探索生物炭农用（SDG#2零饥饿）的长期生态效应。Derrick Dadebo等的工作为纺织行业绿色转型提供了可复用的技术范式。