生物电化学与铁基强化策略提升高盐淀粉废水生物能源回收效率：UASB系统的优化研究

针对高盐淀粉废水厌氧消化过程中甲烷产率低、VFA积累等问题，泰国研究团队通过对比BES-UASB（生物电化学系统）、ZVI-UASB（零价铁）和STM-UASB（耐盐微生物）三种强化UASB系统，发现BES-UASB在20,000 mg/L TDS条件下甲烷产率最高（0.34 m3/kg COD_removed-day），COD去除率达88.65%，为高盐工业废水能源化提供了高效解决方案，助力SDG 7（清洁能源）和SDG 13（气候行动）。

　　

论文解读

背景与问题
泰国是全球木薯淀粉及其衍生物的主要生产国，改性木薯淀粉产业年产值超140亿泰铢，但其生产过程中产生的高盐有机废水（COD达20,000 mg/L，TDS>20,000 mg/L）成为环境与能源化难题。传统蒸发池或普通厌氧消化系统因盐抑制（NaCl>8-10 g/L）导致甲烷产率骤降、VFA积累，且无法满足泰国TDS排放标准（3,000 mg/L）。如何突破盐胁迫瓶颈，实现废水高效能源化，成为亟待解决的科学与工程挑战。

研究设计与方法
泰国Suranaree University of Technology的研究团队Patcharin Racho等设计了三种强化UASB系统：BES-UASB（施加外部电压）、ZVI-UASB（添加零价铁）和STM-UASB（接种耐盐微生物），以真实高盐淀粉废水为对象，对比其甲烷产率、COD去除率和系统稳定性。关键技术包括：1）模拟工业废水配制（COD 3,000-20,000 mg/L，TDS~20,000 mg/L）；2）BES电极优化（电压未公开）；3）ZVI投加量调控；4）耐盐微生物富集培养。

研究结果

1. 性能对比
BES-UASB表现最优：甲烷产率0.34 m³/kg COD_removed-day（较对照组提升约40%），COD去除率88.65%，且甲烷含量稳定在63.1-67.4%。ZVI-UASB和STM-UASB虽有一定效果，但适应性和产率显著低于BES-UASB。

2. 盐胁迫响应机制
BES-UASB通过电化学刺激促进乙酸氧化和种间电子传递（DIET），缓解了盐对产甲烷古菌的渗透压抑制；ZVI-UASB通过铁腐蚀产物缓冲pH并促进DIET，但长期铁溶出可能引发二次污染；STM-UASB依赖微生物自身渗透调节，但种群更替缓慢导致启动周期长。

3. 工程适用性
BES-UASB在25 kg/m³·day高有机负荷下仍稳定运行，且无需频繁补充化学药剂，更适合规模化应用。

结论与意义
该研究证实BES-UASB是处理高盐淀粉废水的最优方案，其生物电化学耦合机制显著提升了盐胁迫下的能源回收效率。成果为泰国BCG（生物-循环-绿色）经济模式提供了技术支撑，同时响应了联合国SDG 7（清洁能源）和SDG 13（气候行动）目标。未来需优化BES能耗与电极材料成本，推动技术产业化。论文发表于《Biomass and Bioenergy》，为高盐工业废水处理提供了新范式。