《Bioresource Technology》：Evaluating aqueous pyrolysis liquid as co-substrate in anaerobic digestion of hydrolyzed sewage sludge
编辑推荐：
本研究针对热解水相液(APL)在厌氧消化(AD)中的资源化难题，探讨了其与水解污泥(HS)共消化的可行性。通过连续搅拌槽反应器(CSTR)实验发现，APL添加量达2.4% w/w时仍能维持61%的COD去除率，但更高负荷会引发抑制。微生物分析显示Firmicutes和Methanosarcina成为优势菌群，表明系统对氨氮和酚类化合物产生了适应性。研究为热解-厌氧消化集成工艺提供了关键技术支撑，对推动废弃物资源化具有重要意义。
随着城市化进程加快，污水处理厂产生的污泥处理成为棘手难题。厌氧消化(AD)作为污泥资源化的主流技术，虽能产生沼气能源，但后续产生的消化后污泥(DSS)处置又面临新挑战——直接农用存在污染物风险，长途运输则经济性差。热解技术能将DSS转化为生物炭、热解气和热解液，但热解水相液(APL)因含有高浓度挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮和酚类化合物，其处理处置成为制约工艺闭环的关键瓶颈。
挪威东南大学研究团队在《Bioresource Technology》发表论文，创新性地评估了APL与水解污泥(HS)在连续搅拌槽反应器(CSTR)中的共消化性能。通过模拟工业运行条件（水力停留时间19天，温度38°C），逐步提升APL投加比例，系统监测了COD去除率、甲烷产量、挥发性脂肪酸变化等宏观指标，并结合高通量测序解析微生物群落演变规律。研究发现2.4% w/w的APL投加量（对应0.2 g COD/L/d）是系统稳定运行的临界点，此时COD去除率保持61%，而更高负荷会导致VFA积累和甲烷产量下降。
关键技术方法包括：1）建立模拟工业条件的CSTR系统，采用逐步提升APL负荷的驯化策略；2）通过生物甲烷潜力(BMP)测试对比驯化前后微生物的代谢适应性；3）基于16S/18S rRNA基因测序分析细菌和古菌群落结构变化；4）采用分级冷凝技术获得不同组分特性的APL进行对比研究。
3.1. APL的化学特性
APL1（自然分离）和APL2（分级冷凝）的COD浓度分别为104 g/L和167.8 g/L，均含有高浓度氨氮（24 g/L）和酚类（1.74-3.48 g/L）。APL2的挥发性脂肪酸总量（11,356 mg/L）显著高于APL1（5,801 mg/L），其酸性组分更利于微生物利用。
3.2. 实验室实验
首次运行使用经过热解液驯化的接种物，在2.4% APL负荷下COD去除率达63.2%，但游离氨(FAN)浓度升至789 mg/L引发抑制。第二次运行采用新鲜接种物，在相同负荷下系统保持稳定，甲烷产量达543 L CH4/kg VS，接近工业水平。当APL负荷提升至2.9%时，COD去除率降至54%，表明抑制效应加剧。
3.3. BMP测试
驯化后接种物对4 g COD/L的APL2降解率提升至87%，而未驯化接种物则完全抑制。非分级APL1在所有浓度下均表现更强抑制性，证实分级冷凝可有效降低生物毒性。
3.4. 微生物动力学
细菌群落中Firmicutes相对丰度从50%升至93%，其具备降解复杂聚合物和酚类的能力。古菌群落中Methanosarcina成为绝对优势菌（92%），该菌能同时利用乙酸和氢气产甲烷，对氨氮胁迫（1,500-2,900 mg/L）表现出强耐受性。
3.5. 讨论
研究确认APL共消化的可行性边界为0.2 g COD/L/d，超出此限需采取抑制缓解措施。分级冷凝技术能有效分离酚类等抑制物，提升APL可生化性。微生物驯化使Methanosarcina成为优势产甲烷菌，其通过乙酸裂解途径维持系统稳定性。
该研究首次在连续流系统中验证了APL共消化的工程可行性，为热解-厌氧消化集成工艺提供了关键参数。通过微生物驯化策略和分级冷凝技术，有效缓解了氨氮和酚类化合物的抑制效应。未来需重点关注长期运行下的污染物迁移规律，以及生物炭添加等强化措施的应用潜力，为实现废弃物全链条资源化提供技术支撑。
