有机废弃物高值化转化策略：游离亚硝酸、热与超声预处理对挥发性脂肪酸及磷回收的性能、经济与环境影响评估

本研究创新性评估了游离亚硝酸（FNA）、热与超声预处理对活性污泥（WAS）及混合底物的增效作用，证实FNA预处理通过残留NO2?-N创造酸性环境，使VFA产量达135 mg COD/g VS（p<0.05），并促进40-45%磷迁移。混合底物中FNA预处理VFA产量达443.6 mg COD/g VS，经济收益较未处理污泥提升3倍。相较之下，热与超声预处理因促进产甲烷活性导致VFA产量降低，且声波预处理环境负面影响最大。

　　

Highlight

本研究揭示了游离亚硝酸（FNA）、热与超声预处理对活性污泥（WAS）及混合底物中挥发性脂肪酸（VFA）和磷回收的差异化影响。FNA预处理凭借残留NO₂^?-N创造的酸性环境，使VFA产量显著提升至135 mg COD/g VS（p<0.05），并促进40-45%的磷形态转化，磷酸盐（PO₄^3--P）释放量达到其他方法的2倍。在混合底物体系中，所有预处理均提升VFA产量15-25%，其中FNA以443.6 mg COD/g VS的产量领跑，较未处理组提高1.25倍。

Materials

实验采用印度理工学院马德拉斯分校污水处理厂的活性污泥（WAS）与校园餐厅食物垃圾（FW）作为原料。FW经破碎后与WAS按75:25比例混合，该比例筛选自前期优化实验，能有效平衡C/N比（19.1）并规避乳酸菌的抑制作用。

Optimization of operating pH

通过调控pH实验发现，pH=6时VFA产量达到峰值，较非控pH组提升近3倍。酸性环境不仅抑制了产甲烷菌活性，更激活了产酸菌代谢通路，使VFA积累动力学常数（k₁）提升1.4-1.5倍，这意味着发酵反应器容积可相应缩减，直接降低30%的基建成本。

Conclusion

研究证实FNA预处理通过双重机制实现增效：①残留亚硝酸盐持续抑制杂菌；②酸性微环境促进钙镁结合态磷（AP）溶出。经济评估显示FNA方案净收益是传统污泥处理的3倍，而超声预处理因高能耗在生命周期评估中环境负荷最高。该成果为污水处理厂升级为"生物精炼厂"提供了关键技术路径。