腐殖酸對間歇式厭氧消化的影響及其機理探究
· 以不含腐殖酸的實際污泥為底物，定量探究不同濃度腐殖酸對厭氧消化過程的影響
· 不同于以往宏觀分析研究，本研究重點關注生物酶活、微生物水平等微觀方面，深入探究腐殖酸對厭氧消化的影響
· 研究中不僅探究腐殖酸對整體厭氧消化的影響，同時控制厭氧消化處于不同階段（水解、酸化及產甲烷階段），分階段探究腐殖酸對不同階段的影響及機理
文章簡介
當前“雙碳”目標下，污水處理廠污泥能源化被認為是實現碳中和的重要途徑，但污水中所含化學能通過污泥厭氧消化能源轉化效率較低。剩余污泥中含有較多木質纖維素、腐殖質等大分子難降解有機物成分，特別是，腐殖質不僅難以生物降解，還會抑制系統關鍵酶的活性，降低有機物水解效率，同時還有可能抑制厭氧消化微生物的活性，最終限制厭氧消化效率。
已有研究對HA與污泥厭氧消化之間關系或內在機理的結論各執一詞，而且其中很大部分研究都是以模擬底物或人工配水基質進行厭氧消化，忽略了HA與實際污泥之間的物理、化學和生物等方面作用；與此同時，各類研究均以HA對厭氧消化某一階段（水解、酸化或產甲烷階段）為研究對象，拋開厭氧消化各階段之間環環相扣的影響，所得結論可能過于片面，無法系統總結HA對厭氧消化的整體影響。
因此，團隊以不含HA的“純凈”剩余污泥為底物，考察不同濃度HA對污泥厭氧消化整體以及分階段（水解、酸化及產甲烷）的影響與機理；側重分析各類生物酶及微生物的變化；探究HA在水解、酸化及產甲烷不同階段表現出的抑制或促進作用，厘清HA影響厭氧消化具體機理，以期尋求更有效的解除HA抑制方法進而提高厭氧消化能源轉化效率。
圖1結果表明，HA整體上抑制厭氧消化；當HA:VSS=15%時，抑制率高達35.1%。圖2、3所示，在水解階段，HA主要是通過靜電引力、共價鍵合和網捕卷掃與水解酶結合，減緩水解，降低水解效率，其抑制效率為38.2%（HA:VSS=15%）。圖4、5所示，在酸化階段，HA作為電子傳遞體或電子受體可促進酸化作用，促進效率高達101.5%（HA:VSS=15%）。圖6所示，在產CH4階段，HA作為電子受體，爭奪中間產物電子，同時抑制F420酶的活性而降低產甲烷效率，抑制率為52.2%（HA:VSS=15%）。FISH分析結果顯示HA對間歇式厭氧消化過程中微生物幾乎無影響。具體抑制效率及機理總結如圖7所示。
重要結論
1、腐殖酸會抑制/降低厭氧消化整體能源轉化效率；
2、在厭氧消化不同階段（水解、酸化及產甲烷階段），腐殖酸所產生影響及機理不盡相同；
3、腐殖酸通過抑制水解階段和產甲烷階段主要酶活性，從而抑制水解、產甲烷階段效率/轉化率；
4、腐殖酸在酸化階段可承擔電子受體/電子轉移體角色，從而一定程度促進酸化過程；
5、間歇式厭氧消化實驗過程中，FISH檢測結果發現腐殖酸對細菌豐度并無明顯的抑制作用，但無法判斷對細菌活性的影響。
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