《Journal of Environmental Management》：Enzymatic valorization of food waste leachate into volatile fatty acid-rich carbon source for enhanced denitrification
编辑推荐：
•混合淀粉酶-蛋白酶预处理使SCOD溶解率提高了23.4%。•酶解发酵促进了富含乙酸和丁酸盐的挥发性脂肪酸（VFAs）的生成。•餐厨垃圾滤液被成功转化为反硝化碳源。•回收的发酵液在8小时内实现了99.5%的硝酸盐去除率。•用发酵液替代醋酸钠使运营成本降低了34.4%。引言在水
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混合淀粉酶-蛋白酶预处理使SCOD溶解率提高了23.4%。
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酶解发酵促进了富含乙酸和丁酸盐的挥发性脂肪酸（VFAs）的生成。
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餐厨垃圾滤液被成功转化为反硝化碳源。
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回收的发酵液在8小时内实现了99.5%的硝酸盐去除率。
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用发酵液替代醋酸钠使运营成本降低了34.4%。
引言
在水处理厂（WWTPs）中，高效的脱氮对于满足日益严格的排放标准至关重要（Wang等，2019）。异养反硝化因其操作灵活性和与现有基础设施的兼容性，仍然是最广泛应用的脱氮策略（Qi等，2025；Xi等，2022）。然而，反硝化的效果常常受到污水中可生物降解碳源不足的制约，特别是在低碳氮比（C/N）系统中（Chen等，2024b；Meng等，2024）。为弥补碳源不足，通常需补充甲醇、葡萄糖和醋酸钠等外部碳源，这大大增加了运营成本，并提高了因过量投加导致二次污染的风险（Ahmed等，2023；Van Doan等，2013）。因此，从废物流中回收可生物降解有机碳以减少对商业外部碳源的依赖，已成为提高污水处理经济和环境可持续性、促进循环资源利用的重要策略。
餐厨垃圾滤液（FWL）是餐厨垃圾收集和加工过程中产生的一种高浓度有机副产品，含有丰富的可生物降解有机物，是一种极具前景的资源化原料（Hussain等，2017）。FWL的不当处置可能因其高有机负荷和高快速可降解性而造成严重的环境负担（Im等，2025）。通过厌氧发酵，FWL中的复杂有机物可被转化为挥发性脂肪酸（VFAs）（Hao等，2022；Kang等，2023；Zheng等，2025），后者非常适合作为反硝化过程的电子供体（Pan等，2023；Pold等，2025；Xu等，2025）。与商业碳源相比，发酵来源的VFAs在可再生性和废物减量方面具有显著优势（Juan-Díaz等，2022；Zheng等，2022）。然而，原始FWL的直接发酵常因其含有大量悬浮固体、蛋白质、脂质及其他难降解大分子而导致水解效率低下（Zhang等，2019, 2022）。
各种预处理方法已被应用于提高FWL的水解和发酵性能（Neumann等，2017；Zhou等，2024）。尽管FWL含有丰富的有机碳，但其中很大一部分与悬浮固体和大分子有机物结合，因此不易被后续发酵利用。传统的物理和化学预处理往往伴随着高能耗、高化学品消耗、二次污染风险以及不希望的副产物生成（Kakar等，2025；Yan等，2022；Zhang等，2020）。相比之下，酶预处理提供了一种选择性的方法，可在温和操作条件下将大分子有机物转化为可溶和易发酵的底物，从而促进后续VFAs的生成（Chen等，2024a；Jiang等，2024；Song等，2024）。尽管来自各种有机废物的发酵VFAs已被研究作为反硝化的替代碳源，但目前尚不清楚FWL的增强溶解和发酵是否能够有效将其固有的有机碳转化为易生物降解的碳源，从而实现高效的硝酸盐去除。
因此，本研究开发了一种整合的酶解发酵策略，将FWL转化为富含VFA的碳源用于污水反硝化。该方法可同时减少FWL处理带来的有机负荷，并将其固有碳回收作为商业外部碳源的替代品。在半连续嗜热厌氧发酵系统中，系统评估了酶预处理对底物溶解、VFAs产生和发酵特性的影响。进一步采用宏基因组分析，为与增强发酵性能相关的微生物群落变化提供有益的见解。此外，还将回收的发酵液与传统的醋酸钠进行了比较，评估其反硝化性能和经济可行性。本研究为将餐厨垃圾资源化与污水处理系统中的生物脱氮相结合提供了一条可持续的废物资源化途径。
章节摘要
餐厨垃圾滤液的预处理
为优化水解和后续发酵，使用500 mL烧杯中的300 mL原始FWL评估了四种不同的预处理策略。FWL的详细规格和二级参数见补充材料S1和表S1。（i）酶预处理：在FWL（pH = 7.0 ± 0.2）中加入各种商业酶（Macklin公司，中国上海），包括淀粉酶（100 U/g）、蛋白酶（10,000 U/g）、脂肪酶（80 U/g）、纤维素酶（140 U/g）、木聚糖酶（15,000 U/g）以及混合的
不同预处理方法对餐厨垃圾滤液中溶解有机物水解和溶解化的影响
为比较不同预处理机制对FWL的适用性，评估了物理、化学和生物方法，包括超声、碱处理、碱热处理和酶处理。图1展示了不同预处理在FWL水解过程中对SCOD、SPN、SPS和TSS的影响，以未处理的FWL（CK）作为每种预处理条件的参照。超声预处理增强了FWL的水解，最佳处理时间为
结论
本研究证明了酶预处理在将FWL转化为富含VFA的碳源用于生物反硝化方面的潜力。在所评估的预处理方法中，淀粉酶-蛋白酶组合处理实现了FWL最大的溶解化程度，使SCOD提高了23.4%。在半连续嗜热发酵过程中，CE组的VFAs浓度比未处理的CK组高8.8%，VFAs产率比CK组高3.7%，其中乙酸和丁酸盐为主要成分
CRediT作者贡献声明
王月雯：撰写——初稿撰写、可视化、验证、调查、数据整理。孙金豪：调查、数据整理。王振阳：数据整理。苏英龙：撰写——审阅与编辑、监督。詹敏：撰写——审阅与编辑、监督。洪成宽：监督。谢兵：撰写——审阅与编辑、方法论、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文报道工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究受基础科学研究计划通过国家自然科学基金（22276059和22676067）以及2024年上海市科学技术委员会"科技创新行动计划"国际科技合作计划（24230712100）资助。詹敏受基础科学研究计划通过韩国国家研究基金会（NRF）和教育部资助（RS-2024-00463837
王月雯|孙金豪|王振阳|苏英龙|詹敏|洪成宽|谢兵
