磷是維持糧食生產(chǎn)不可或缺的重要資源，預(yù)計(jì)在本世紀(jì)末之前，若不采取措施全球不可再生的礦物磷酸鹽將出現(xiàn)短缺危機(jī)。作為應(yīng)對(duì)，從廢棄活性污泥等二次資源中，通過(guò)微生物菌群與富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)厭氧共發(fā)酵回收磷是一種有效方法。
近期，由浙江清華長(zhǎng)三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所、浙江省水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院以及清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院組成的聯(lián)合小組，在 Bioresource Technology 上發(fā)表了題為“Anaerobic co-fermentation of waste activated sludge with corn gluten meal enhanced phosphorus release and volatile fatty acids production: Critical role of corn gluten meal dosage on fermentation stages and microbial community traits”論文，他們探索了鐵磷化合物（FePs）污泥與玉米蛋白粉（CGM）的厭氧共發(fā)酵過(guò)程，揭示了玉米蛋白粉的劑量在發(fā)酵階段和微生物群落特征中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以及與磷釋放和揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）產(chǎn)生相關(guān)的潛在機(jī)制。
（來(lái)源：Bioresource Technology）
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球每年約有 130 萬(wàn)噸磷在廢水處理過(guò)程中被消除。在廢水處理廠，作為廢水中的營(yíng)養(yǎng)污染物，磷通常是利用與鐵鹽的化學(xué)沉淀來(lái)進(jìn)行去除，這種工藝產(chǎn)生的廢棄污泥中含有大量的鐵磷化合物（FePs），這種富含磷的廢棄污泥為磷的回收提供了機(jī)會(huì)。
厭氧發(fā)酵是一種有效、環(huán)保的廢棄活性污泥處理技術(shù)。在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，磷（尤其是多磷酸鹽）可以從固體中釋放到污泥上清液，結(jié)合沉淀處理，磷可以從富含磷的上清液中被有效地回收。然而 FePs 的穩(wěn)定性阻礙了磷的釋放和回收，導(dǎo)致單純的厭氧發(fā)酵對(duì)含 FePs 的污泥的磷回收效率較低。比如，曾有報(bào)道顯示，厭氧發(fā)酵后從含 FePs 的污泥中釋放出的磷不到 5%。
先前研究發(fā)現(xiàn)，與富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)（如蠶蛹粉）共發(fā)酵能夠增強(qiáng)磷釋放，同時(shí)能夠保持接近中性的 pH 值（5.5–6.5）并減少堿性化學(xué)物質(zhì)在后續(xù)磷回收中的使用，但是蠶蛹粉有限的可用性需要尋找更容易獲得的富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)廢物的來(lái)源，相較之下，玉米蛋白粉是一種更好的替代品。
玉米是全球主要糧食作物之一，年產(chǎn)量超過(guò) 11 億噸，其占全球淀粉產(chǎn)量的近 80%（約 7500 萬(wàn)噸）。生產(chǎn)玉米淀粉產(chǎn)生玉米蛋白粉是一種富含蛋白質(zhì)（高達(dá) 25%）的生物質(zhì)廢物，除了蛋白質(zhì)，玉米蛋白粉還富含多糖（約 58%) ，有助于在與含 FePs 污泥共發(fā)酵過(guò)程中平衡碳氮比。
然而在實(shí)踐過(guò)程中，玉米蛋白粉在與含 FePs 污泥共發(fā)酵過(guò)程中釋放磷和產(chǎn)生 VFAs 所需的最佳劑量，以及玉米蛋白粉劑量是否會(huì)改變與含 FePs 的污泥共發(fā)酵過(guò)程中的微生物群落結(jié)構(gòu)等方面仍然尚不明確。
（來(lái)源：Bioresource Technology）
在這項(xiàng)研究中，他們首先研究了不同劑量的玉米蛋白粉對(duì)磷釋放和 VFAs 產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)磷釋放的最佳玉米蛋白粉劑量為 0.6g 化學(xué)需氧量（COD）/g 總懸浮固體，其效率從 7%（對(duì)照樣品）提高至 39 %；VFAs 生產(chǎn)的最佳 CGM 劑量為 0.4g COD/g 總懸浮固體，產(chǎn)率從 37.4mg COD/g（對(duì)照樣品）提高到 331.7mg COD/g 揮發(fā)性懸浮固體。
隨后，他們通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析、化學(xué)儀器分析和功能微生物分析，闡明了添加玉米蛋白粉對(duì)發(fā)酵過(guò)程中水解和產(chǎn)酸的影響，以及微生物群落變化，并鑒定出生物標(biāo)志物。厭氧發(fā)酵的主要階段是水解和產(chǎn)酸，機(jī)制方面，玉米蛋白粉的添加通過(guò)提供豐富的有機(jī)底物來(lái)促進(jìn)水解菌和產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)，從而增強(qiáng)了水解和產(chǎn)酸，較高的 VFAs/銨態(tài)氮比導(dǎo)致較低的 pH 值，這促進(jìn)了 FePs 的進(jìn)一步溶解和磷在污泥中的釋放。
最后，他們探討了碳、氮、鐵、磷之間的相互作用，以深入理解含 FePs 污泥與玉米蛋白粉的共發(fā)酵過(guò)程。
總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究指出了玉米蛋白粉在共發(fā)酵過(guò)程中磷釋放和 VFAs 產(chǎn)生的最佳劑量，并闡明所涉及的功能機(jī)制，為玉米蛋白粉對(duì)磷釋放和揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)生的影響提供了新的見(jiàn)解，也為含 FePs 污泥磷回收技術(shù)的發(fā)展提供了理論依據(jù)。
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