李 磊，蔡 辰，陳永棟，劉昊宇，劉 芮，楊東海，董 濱，戴曉虎

（同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）譯者：李 磊；審查：戴曉虎；單位：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

1 研究亮點(diǎn)

*分析了電輔助下的污泥產(chǎn)酸發(fā)酵性能，探索了通過(guò)外加電壓進(jìn)行二次產(chǎn)酸發(fā)酵；

*污泥結(jié)構(gòu)在外加電壓下變得松散，其松緊程度在后續(xù)有波動(dòng)；

*蛋白酶和α-葡萄糖苷酶的活性均顯著提高。

2 背景

生物電化學(xué)系統(tǒng)，特別是微生物電解池（MEC）的發(fā)展，為厭氧生物處理過(guò)程的強(qiáng)化提供了一個(gè)新的方向。通過(guò)外部的較低電力輸入，可以促進(jìn)復(fù)雜有機(jī)物的分解，以及化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)。研究者們將微生物電解池與厭氧消化(AD)相結(jié)合，以促進(jìn)沼氣的產(chǎn)生，這被稱為MEC-AD 或電輔助厭氧消化。然而，盡管已有數(shù)篇研究報(bào)道了微生物電解池結(jié)合下的廢活性污泥（WAS）厭氧消化產(chǎn)甲烷性能，但外加電壓對(duì)其產(chǎn)酸發(fā)酵過(guò)程的影響和機(jī)制尚不清楚。在此基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步表征外加電壓下的污泥結(jié)構(gòu)變化與功能酶活性，以更深入地了解MEC-AD中污泥的復(fù)雜性質(zhì)和微生物的代謝過(guò)程。

3 研究方法

研究使用的WAS 收集自上海市的一家污水處理廠，實(shí)驗(yàn)前儲(chǔ)存在（4.0±0.1） °C的冰箱中。接種污泥取自實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的中溫半連續(xù)反應(yīng)器，WAS 和接種污泥的VS 比為2∶1。批次實(shí)驗(yàn)周期為42 d，溫度為（37±1） °C，在0～12 d，設(shè)置了3 組條件進(jìn)行污泥產(chǎn)酸發(fā)酵，即外加0 V 電壓（即只加入電極，EG1）、外加0.6 V 電壓（EG2）和無(wú)任何處理的對(duì)照組（CG）。經(jīng)30 d的厭氧生物處理后，在第30天將CG 組和EG1 組的一半反應(yīng)器外加上0.6 V 電壓，命名為SCG 組和SEG1 組，考察其二次產(chǎn)酸發(fā)酵性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析的內(nèi)容包括溶解性總有機(jī)碳（STOC）、溶解性蛋白、溶解性多糖、揮發(fā)性脂肪酸（VFA）、氧化還原電位（ORP）、污泥粒徑、分形維數(shù)（Df）、傅里葉紅外光譜、蛋白酶和α-葡萄糖苷酶活性等。

4 主要研究結(jié)果

在前12 d，EG2 組具備更優(yōu)的發(fā)酵產(chǎn)酸性能，其VFA 最大值達(dá)到（234.3±3.4）mg/g（HAc/VS），相比于CG 和EG1 分別提高了28.8%和22.2%。對(duì)于SCG 和SEG1 組，在第30 天外加0.6 V 電壓后，其STOC、溶解性蛋白、溶解性多糖和VFA 含量均顯著上升，說(shuō)明外加電壓可有效促進(jìn)復(fù)雜有機(jī)物的二次水解和產(chǎn)酸過(guò)程。對(duì)反映污泥結(jié)構(gòu)的相關(guān)指標(biāo)的分析，證實(shí)持續(xù)的電壓刺激促進(jìn)了污泥結(jié)構(gòu)的解體，污泥結(jié)構(gòu)變得更加松散；對(duì)微生物功能酶活性的分析，發(fā)現(xiàn)SCG和SEG1組蛋白酶和α-葡萄糖苷酶的活性在外加電壓后均有明顯的提升，證明了外加電壓對(duì)微生物代謝的影響，也支持了有機(jī)物二次水解和酸化的結(jié)果。

5 結(jié)論與展望

外加電壓通過(guò)使污泥結(jié)構(gòu)松散和提升功能酶活性實(shí)現(xiàn)了污泥有機(jī)物的再溶解和水解，從而提升了其二次產(chǎn)酸發(fā)酵性能。后續(xù)將進(jìn)一步研究外加電壓對(duì)污泥厭氧消化全過(guò)程綜合影響及其未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景。