活性污泥接种有机废弃物产聚羟基脂肪酸酯的文献计量分析：研究趋势、知识结构与未来方向

【编辑推荐】本研究通过文献计量学方法系统分析了2014-2024年间利用废弃活性污泥（WAS）接种有机废弃物生产聚羟基脂肪酸酯（PHA）的159篇实验文献，揭示了该领域三大知识集群（富集策略、混合微生物培养体系、中试集成）和三大新兴趋势（生物聚合物改性、底物多元化、绿色提取技术），为降低PHA生产成本（较传统塑料高4-10倍）提供了关键数据支撑，对推动生物塑料产业（预计2031年达1.6亿美元市场规模）的循环经济发展具有重要意义。

　　

在全球每年产生460万吨塑料垃圾、70%未被回收的严峻形势下，寻找可降解的塑料替代品成为解决"三重地球危机"的关键。聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为一种由微生物合成的天然聚酯，兼具生物降解性和与传统塑料相似的热塑性，但其高昂的生产成本（4000-15000美元/吨）严重制约产业化进程。利用污水处理厂废弃活性污泥（WAS）作为混合微生物接种源（MMCs），结合有机废弃物作为碳源，可将上游生产成本降低50%，这种"变废为宝"的技术路径完美契合循环经济理念。

Funda??o Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro资助的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，首次采用VOSviewer软件对Scopus和Web of Science数据库中159篇实验论文进行文献计量分析，通过性能分析、共被引分析和文献耦合等方法，绘制了该领域的知识图谱。研究特别关注了样本来源（城市/农业/工业有机废弃物）、工艺参数（如PHA积累潜力PAP≥40% g PHA/g VSS）和中试规模数据。

Methodology

采用?ztürk等建立的文献计量学框架，通过Scopus和WoS系统检索筛选2014-2024年实验论文，排除综述类文献。使用VOSviewer进行共被引网络（反映知识基础）和文献耦合分析（追踪前沿趋势），重点关注国家/机构贡献度、引文网络聚类等指标。

Results and discussion

1. 时间趋势：2021年出现发文高峰，与新冠疫情后供应链中断促使生物基材料投资增加相关。意大利和中国主导研究产出，葡萄牙Nova de Lisboa大学表现突出，但企业参与度低（仅Veolia Water Technologies持续发文）。

2. 知识结构：共被引分析识别三大集群——WAS富集策略（如动态进料控制）、MMCs底物适应性（处理COD⁺废弃物）、中试集成系统（最大PAP达65% g PHA/g VSS）。

3. 研究前沿：文献耦合显示三大趋势——PHA共聚物改性（改善机械性能）、底物多元化（涵盖造纸/生物柴油工业废料）、超临界流体提取（替代有毒溶剂）。

Conclusions

该研究首次系统描绘了WAS驱动有机废弃物产PHA领域的发展全貌，揭示其技术经济可行性（PAP>40%时具备产业化价值）和知识演化规律。特别指出政策推动（如欧盟SUP禁令）与原料创新（利用300Mt/年WAS）是突破成本瓶颈的双轮驱动，为制定生物塑料产业路线图提供了量化依据。未来需加强产学研合作，重点攻关提取纯化（占成本30-50%）和规模化放大等核心问题，加速实现"废弃物-生物材料-市场应用"的闭环。