铋纳米球实现无牺牲剂溴酸盐光还原及总溴消除的安全水处理技术

为解决污泥水热液化(HTL)水相(HTLaq)中抑制性化合物对厌氧消化(AD)的毒性问题，研究人员系统评估了20种典型化合物在35℃和55℃下的抑制效应。通过1008组厌氧毒性试验(ATA)发现，热消化系统更易受抑制，其中3-甲基环戊酮、吲哚和吡啶类化合物毒性最强。该研究为优化污泥HTL-AD联用工艺提供了关键数据，对推动废水能源化利用具有重要意义。

　　

随着全球能源需求激增，传统化石燃料面临枯竭危机，而利用城市污泥等废弃物生产生物能源成为可持续发展的重要途径。水热液化(HTL)技术因其可直接处理高含水污泥而备受关注，但其产生的HTL水相(HTLaq)含有大量抑制性有机物，成为制约该技术规模应用的瓶颈。这些化合物不仅影响后续厌氧消化(AD)过程的甲烷产量，还可能造成二次污染。目前对HTLaq中具体抑制成分及其作用机制的认识仍不清晰，严重阻碍了工艺优化。

为破解这一难题，Ronald Kizza和Cigdem Eskicioglu在《Journal of Hazardous Materials》发表了突破性研究。团队采用系统化的实验设计，选取20种HTLaq中常见的代表性化合物，包括吡啶类、吡嗪类、吡咯烷酮类、吲哚、酮类和酚类等，通过1008组厌氧毒性试验(ATA)，在35℃(中温)和55℃(热消化)条件下全面评估了这些物质对AD关键参数的影响。研究采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析化合物降解，通过监测挥发性脂肪酸(VFA)转化、乙醇消耗和甲烷产量等指标，揭示了不同化合物的抑制机制。

在"甲烷产量分析"部分，研究发现热消化系统表现出更高的敏感性。3-甲基环戊酮在800 mg/L浓度下使甲烷产量骤降53%，而吲哚的抑制更为剧烈，相同浓度下甲烷产量仅为对照的10%。值得注意的是，δ-戊内酰胺在热消化条件下仍保持89%的去除率，且能促进中温系统的甲烷产量提升44%，展现出独特的可降解性。

"相对活性评估"数据显示，化合物毒性呈现明显的剂量依赖性。吲哚在36小时急性毒性测试中相对活性(RA)低至1%，而2,3-二甲基吡嗪等吡嗪类物质则表现出促进效应(RA>100%)。慢性毒性评估(180小时)揭示，部分化合物如吡啶和3-氨基吡啶的RA值随时间有所恢复，提示微生物可能存在适应性。

通过"VFA和pH动态监测"，研究人员明确了不同化合物的作用靶点。吲哚和2-氨基酚同时抑制产酸和产甲烷阶段，表现为VFA积累和乙醇降解延迟；而多数吡啶类物质主要影响产甲烷过程。热消化条件下，3-甲基环戊酮导致乙酸浓度持续升高，显示其对产甲烷菌的强烈抑制。

"底物降解分析"部分显示，HTLaq化合物普遍具有顽固性。除δ-戊内酰胺完全降解外，其他化合物在测试结束时均有残留，其中吡嗪类和吡啶类的去除率普遍低于50%。GC-MS检测发现吲哚转化成了具有抗菌活性的衍生物1,3-二氢-2H-吲哚-2-酮，这可能是其强抑制性的原因之一。

这项研究首次系统阐明了污泥HTLaq中关键抑制成分的作用规律，为工艺优化提供了理论依据。研究建议针对高毒性化合物开发预处理技术，或调整HTL反应参数以减少其生成。热消化系统虽然效率较高，但抗抑制能力较弱，需谨慎选择操作温度。δ-戊内酰胺等可降解化合物的发现，则为开发生物强化策略指明了方向。这些成果对推动污泥资源化技术的工业化应用具有重要价值，也为废水处理领域的风险评估提供了新方法。