优化亚硝酸预处理强化污泥发酵产短链脂肪酸：亚硝酸盐归趋对代谢路径的调控机制

本研究针对剩余污泥发酵产短链脂肪酸（SCFA）的强化需求，系统优化了游离亚硝酸（FNA）预处理参数（剂量、温度、pH与时间），揭示了亚硝酸盐氮（NO2?–N）的残留浓度通过抑制产甲烷菌显著提升SCFA产量的新机制。在低温（5°C）、短时（24 h）条件下实现SCFA产量达141 mg COD g?1 VSS，为污泥资源化提供了节能高效的新策略。

　　

游离亚硝酸（Free Nitrous Acid, FNA）预处理技术近年来成为提升剩余污泥（Waste-Activated Sludge, WAS）发酵过程中短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFA）回收效率的有效策略。然而，各项预处理参数如何具体影响发酵效能仍缺乏系统认知。本研究通过优化FNA剂量、预处理温度、pH和处理时间，显著提高了SCFA的产量，并提出了创新机制视角：强调亚硝酸盐氮（NO₂^?–N）的归趋是调控发酵代谢路径的关键因素。

研究发现，当FNA剂量处于3.7–7.3 mg L^?1、温度控制在5–20°C、pH维持在5.5–6.0时，可最大限度减少预处理阶段亚硝酸盐氮的分解，增加其在发酵过程中对厌氧菌群的暴露，从而通过抑制产甲烷菌（methanogens）活性有效促进SCFA的积累。研究结果强调，预处理阶段亚硝酸盐氮的分解程度直接决定其残留浓度，进而对发酵性能产生关键影响。

值得注意的是，较短预处理时间（12–24 h）和较低温度（5°C）下所获得的SCFA产量，与20°C下处理48小时的效果相当。这一发现不仅降低了加热需求、减小反应器体积，还显著提高了工艺的能源与经济效率，尤其适用于寒冷地区。在最优条件（FNA剂量2.4 mg L^?1，pH 6.0，温度5°C，时间24 h）下，FNA预处理反应器的SCFA产量达到141 mg COD g^?1 VSS，是对照组的4.4倍。

微生物群落分析进一步表明，FNA诱导的发酵过程抑制了消耗SCFA的菌群，同时富集了产SCFA的功能细菌。本研究为优化FNA预处理工艺、在不同环境条件下推广污泥发酵技术提供了重要的理论依据和实践指导。