综述：合成聚合物对污泥厌氧消化资源与价值的影响：现状、机制与未来潜力

本综述系统探讨了水溶性聚合物（WSPs）和微塑料（MPs）等合成聚合物对污泥厌氧消化（AD）过程稳定性与资源化效率的双重影响。低浓度时可促进污泥颗粒化，但高浓度或其浸出毒性会抑制关键酶活性、破坏微生物群落，降低甲烷（CH4）和氢气（H2）产量。机制涉及增塑剂浸出、活性氧（ROS）诱导及胞外聚合物（EPS）物化性质改变。建议未来通过密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟深化分子机制研究，并开发新型添加剂或预处理技术以提升AD价值。

　　

文献检索分析

本文数据源于Web of Science（WoS）核心数据库，检索时间跨度为2009年1月1日至2024年12月31日，以“厌氧消化”和“聚合物”为核心关键词，共获取1160篇相关文献。关键词共现分析显示，研究热点集中于“厌氧消化”、“甲烷”、“微生物群落”、“微塑料”及“水溶性聚合物”等主题，反映出该领域多学科交叉的特点。

水溶性聚合物对污泥资源化与高值化的影响

根据水环境中的溶解性，合成聚合物可分为不溶性聚合物和水溶性聚合物（WSPs）。WSPs如聚丙烯酰胺（PAM）作为絮凝剂被广泛应用于污泥处理，但其环境释放风险高，且易与有机物和微生物相互作用。低浓度WSPs可能通过促进污泥颗粒化或提供额外碳源而增强AD效能，但高浓度下则会降解为有毒单体（如丙烯酰胺），抑制微生物活性，干扰营养物生物可利用性，并破坏胞外聚合物（EPS）的结构与功能，最终导致CH₄和H₂产率下降。

不溶性微塑料的影响

微塑料（MPs）作为新兴污染物，广泛存在于污水污泥中。其影响同样具有浓度依赖性：低浓度MPs可能通过提供附着界面或作为电子载体促进种间直接电子转移（DIET），但高浓度MPs会通过物理磨损、浸出有毒增塑剂（如邻苯二甲酸盐）及诱导氧化应激（如ROS生成）等途径抑制水解酶和甲烷菌活性。尤其值得注意的是，MPs会吸附于污泥絮体表面，改变EPS的理化性质，破坏微生物聚集体的稳定性，从而阻碍厌氧消化过程的顺利进行。

合成聚合物的作用机制分析

合成聚合物对AD的抑制机制复杂多样，涉及物理、化学及微生物等多层面相互作用。WSPs主要通过三种途径发挥作用：直接化学毒性（降解产物抑制微生物）、干扰营养物生物可利用性（特别是阳离子型聚合物），以及改变EPS性质（影响其絮凝性和脱水性）。MPs则主要通过物理损伤（磨损微生物细胞）、化学毒性（添加剂浸出）和诱导氧化应激（ROS破坏细胞膜）等机制产生负面影响。两者均可通过改变微生物群落结构（如富集特定细菌或抑制甲烷菌）间接影响AD效能。

物化预处理与强化策略

为缓解合成聚合物的抑制效应，多种预处理技术被广泛研究。热水解可通过破坏细胞壁和降解EPS释放有机物，提升AD效率；导电材料（如碳纳米管）的添加可促进DIET，增强微生物间的电子传递效率；生物电化学系统（BES）则利用电极作为电子供体或受体，优化氧化还原条件，减轻毒性抑制。此外，超声、臭氧氧化等高级氧化工艺（AOPs）也可有效降解聚合物结构，降低其生物毒性。

发展高效低成本厌氧消化技术

面对高浓度合成聚合物带来的挑战，未来需开发更高效、低能耗的AD技术。这包括建立高效混合系统以避免MPs沉积、引入多相流技术改善传质效率、优化反应器设计（如两相或多相AD系统）以增强过程稳定性，并探索基于人工智能（AI）的智能监控与调控策略，实现AD过程的精准优化。

结论

合成聚合物对污泥厌氧消化的资源化与高值化过程具有显著的双重影响。其抑制机制涉及毒性物质浸出、ROS诱导、EPS性质改变及微生物群落扰动等多条通路。未来研究应借助密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟等理论方法，在分子水平深入揭示合成聚合物与微生物的相互作用机制，并研发新型添加剂或预处理技术，以提升AD过程的效率与产物价值，推动污泥处理向绿色、可持续方向发展。