超声-碱/过氧乙酸协同预处理促进污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的机制与效能研究

针对污泥厌氧发酵(Anaerobic Fermentation, AF)中短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)产率受限的问题，南京某研究团队创新性地提出超声-碱/过氧乙酸(US-Ak/PAA)联合预处理策略。研究发现该组合可使SCFAs产量提升至370.5 mg/g VSS，较对照组提高4.27倍，并通过破坏胞外聚合物(EPS)、增强水解酶活性及富集产酸菌群等机制实现高效资源回收，为污泥处理提供了绿色经济的新方案。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂产生的废弃活性污泥(Waste-Activated Sludge, WAS)已成为棘手的环境难题。这些富含有机质的"黑色宝藏"若处理不当，不仅会造成重金属和有毒化学物质污染，其高昂的处理费用更让市政部门头疼不已。但转机在于，通过厌氧发酵(Anaerobic Fermentation, AF)将其转化为短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)这一高附加值产品，既能实现碳资源循环，又能减少CO₂排放。可惜现实很骨感——污泥中顽固的胞外聚合物(EPS)和微生物细胞壁就像铜墙铁壁，把宝贵的有机质锁得严严实实。

传统预处理方法各有利弊：超声波(US)虽环保但耗能巨大，碱处理(Ak)简单有效却需持续加药，过氧乙酸(PAA)氧化性强却鲜少与其它方法联用。这就像试图用单一工具开保险箱——要么费劲，要么不彻底。南京的研究团队另辟蹊径，将三种方法"组团"攻关，首次系统探究了超声-碱/过氧乙酸(US-Ak/PAA)三联预处理对污泥"破壁"和SCFAs增产的协同效应。

研究团队采用多技术联合作战：通过控制不同pH(5.5和10)下的超声强度梯度实验筛选最佳参数；运用三维荧光光谱和粒径分析追踪有机物溶出规律；结合蛋白酶/α-葡萄糖苷酶活性检测揭示生物机制；最后通过高通量测序解码微生物群落演变。所有实验均采用南京污水处理厂的新鲜WAS样本，确保数据真实可靠。

【Assessing the impact of various pretreatments on SCFAs accumulation】章节显示，US-Ak/PAA组在第6天即达产量峰值370.5 mg/g VSS，较单独PAA处理提升2.7倍。更妙的是，这种组合拳产生了"1+1>2"的效果——超声空化作用打碎污泥絮体，碱性环境促进细胞裂解，而PAA产生的自由基(^•OH)则像分子剪刀，将大分子有机物剪切成微生物易吸收的片段。

【Mechanistic analysis】部分揭示，三联预处理使溶解性化学需氧量(SCOD)浓度提升3.8倍，蛋白质和多糖释放量分别增加4.2和3.6倍。就像拆开层层包装的礼物，EPS中的蛋白质-多糖复合物被有效解离，微生物得以大快朵颐。酶活检测显示，蛋白酶活性飙升5.3倍，α-葡萄糖苷酶活性提高2.1倍，证实了水解阶段的显著增强。

微生物群落分析更发现惊喜：US-Ak/PAA组中，擅长分解有机物的Acinetobacter(不动杆菌)和Petrimonas成为绝对主力，而产酸能手Macellibacteroides和Proteiniphilum也大幅扩增。这种菌群"梦之队"的形成，正是SCFAs产量跃升的生物学基础。

研究结论指出，US-Ak/PAA预处理通过物理-化学-生物三重协同作用，不仅突破SCFAs生产瓶颈，更将发酵周期缩短30%。该成果发表于《Bioresource Technology》时，审稿人特别称赞其"为污泥处理提供了兼具工程可行性和环境友好性的解决方案"。确实，这种组合策略既避免单一方法的局限性，又通过协同效应降低总能耗——好比用巧劲拧开了资源回收的"瓶盖"，为污水处理厂的碳循环经济开辟了新路径。未来研究可进一步优化参数，让这套"组合技"在更多场景中施展拳脚。