文章亮點：

▼活性(xing)污泥類(lei)藻酸鹽物質（ALE）提(ti)取量介于(yu)90~190 mg/g VSS。

▼ ALE成分分析和性能表征結果顯示其具有替代市售藻酸(suan)鹽之潛力。

▼鐵作為還原(yuan)性物(wu)質具備降(jiang)低氧化還原(yuan)電位（ORP）進(jin)而改變(bian)酸化類(lei)型、實(shi)現甲烷增產(chan)的潛力。

▼活性污泥ALE物質含(han)量與性質取(qu)決于進水(shui)基質及營養(yang)物濃(nong)度(du)。

▼優(you)勢(shi)菌屬乃影響活性污泥ALE生成(cheng)的(de)主要因素。

文章簡介

污水(shui)資源化已成(cheng)(cheng)為污水(shui)處理(li)可持續發展(zhan)的(de)一個重要方向，而剩余(yu)污泥(ni)在這一框架下顯得也不(bu)再(zai)多(duo)余(yu)，特別是在轉化、提取(qu)高(gao)附(fu)加值產物(wu)(wu)回收方面(mian)(mian)。剩余(yu)污泥(ni)主(zhu)要由細胞(bao)體和(he)胞(bao)外聚合(he)(he)物(wu)(wu)（EPS）兩大部(bu)分組成(cheng)(cheng)。其中，EPS約占污泥(ni)干重的(de)10%~40%，它(ta)們通常來自(zi)于微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)細胞(bao)自(zi)溶、細胞(bao)分泌物(wu)(wu)以及細胞(bao)表面(mian)(mian)脫落物(wu)(wu)等(deng)，主(zhu)要成(cheng)(cheng)分為多(duo)糖、蛋白(bai)質、核酸、脂質、腐殖質和(he)其它(ta)一些(xie)胞(bao)內(nei)物(wu)(wu)質；這些(xie)物(wu)(wu)質通過靜電作用(yong)(yong)(yong)力、氫鍵(jian)結合(he)(he)、離子吸引力、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)化學作用(yong)(yong)(yong)等(deng)作用(yong)(yong)(yong)形成(cheng)(cheng)緊(jin)致(zhi)高(gao)密的(de)網狀(zhuang)結構，可作為微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)保(bao)護層，抵(di)御外部(bu)重金屬和(he)有毒(du)化合(he)(he)物(wu)(wu)等(deng)侵襲。EPS成(cheng)(cheng)分不(bu)同(tong)組合(he)(he)方式導致(zhi)具有不(bu)同(tong)的(de)復雜結構，均具有較高(gao)的(de)回收、利用(yong)(yong)(yong)潛力。

當(dang)前對(dui)好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)胞外結(jie)構(gou)性(xing)(xing)EPS研究較多，其(qi)中(zhong)，類(lei)(lei)藻酸(suan)鹽物(wu)質(zhi)（Alginate-like exopolysacides，ALE）具有(you)極(ji)高的(de)回收價值。它是一(yi)種極(ji)好(hao)的(de)商業藻酸(suan)鹽替代(dai)物(wu)，其(qi)特殊結(jie)構(gou)可用作各(ge)類(lei)(lei)防水/防火材料(liao)、增稠劑、乳化劑、穩定劑、粘合(he)劑、上漿劑等(deng)，可廣泛應用于飼料(liao)、醫藥、紡織、印染(ran)、造紙、日化等(deng)行業。好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)ALE含量(liang)較高，有(you)人借鑒酸(suan)凝(ning)酸(suan)化法獲(huo)得ALE提取量(liang)達35.1±1.9%SS；也有(you)人優化提取獲(huo)得普(pu)(pu)通活性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)與好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)中(zhong)ALE，含量(liang)分別(bie)為(wei)7.2±0.6%VSS與16±0.4%VSS。有(you)關(guan)好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)ALE工(gong)程應用也取得一(yi)定突破，好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)ALE用作表面材料(liao)的(de)性(xing)(xing)能(neng)已被分析；ALE防火性(xing)(xing)能(neng)符合(he)美國聯(lian)邦航空條例（FAR）飛機(ji)內部(bu)阻(zu)燃材料(liao)阻(zu)燃要求。雖然(ran)普(pu)(pu)通活性(xing)(xing)污(wu)(wu)泥(ni)EPS性(xing)(xing)能(neng)略遜色于好(hao)氧(yang)顆粒(li)(li)(li)污(wu)(wu)泥(ni)，但(dan)其(qi)亦可媲美、甚至(zhi)替代(dai)市場現有(you)大部(bu)分阻(zu)燃劑。

有(you)別于(yu)好(hao)氧顆粒污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)EPS熱點，對普(pu)(pu)通(tong)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)研究(jiu)則更多(duo)關(guan)注EPS在污(wu)(wu)(wu)水/污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)處理過(guo)程所(suo)承擔的角(jiao)色和(he)所(suo)的發揮作(zuo)用(yong)，很少重視EPS高值物質回(hui)收(shou)與(yu)應用(yong)。有(you)研究(jiu)表明(ming)，普(pu)(pu)通(tong)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)EPS回(hui)收(shou)潛力(li)與(yu)顆粒污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)相比(bi)較低，提(ti)(ti)取(qu)回(hui)收(shou)量(liang)僅不(bu)到后(hou)者的一半。然而(er)，普(pu)(pu)通(tong)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)量(liang)大、面廣，與(yu)有(you)限應用(yong)的好(hao)氧顆粒污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)形成鮮明(ming)對比(bi)。例(li)如(ru)，中國2019年(nian)剩(sheng)余污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)產(chan)量(liang)已超過(guo)6 000萬t/a（含水率80%）。因此，在以(yi)活(huo)性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)法為主流工藝的今天，針(zhen)對剩(sheng)余污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)高值EPS提(ti)(ti)取(qu)、回(hui)收(shou)的研究(jiu)似(si)乎(hu)顯(xian)得必(bi)要，整體經濟效(xiao)益不(bu)容(rong)小(xiao)覷。

基于中國(guo)不同地區(qu)8個污(wu)水處理廠剩余污(wu)泥，采(cai)用(yong)高溫碳酸鈉方法提(ti)(ti)取結(jie)構性(xing)(xing)EPS成分（ALE），確認ALE產量以及(ji)純度，并與好(hao)氧顆粒污(wu)泥ALE提(ti)(ti)取物(wu)進(jin)行(xing)橫(heng)向比較，以探究其(qi)提(ti)(ti)取潛力與應用(yong)可(ke)能。通過(guo)表(biao)征活性(xing)(xing)污(wu)泥ALE成分與結(jie)構，分析其(qi)物(wu)理和化學性(xing)(xing)質，以研判與商業藻酸鹽性(xing)(xing)能相似(si)性(xing)(xing)及(ji)差(cha)別。結(jie)合進(jin)水負荷、營養基質及(ji)微(wei)生物(wu)種屬等參數，歸納、總結(jie)影(ying)響ALE生成的過(guo)程影(ying)響因素，為試圖增產ALE提(ti)(ti)供技(ji)術策(ce)略(lve)。

實驗(yan)結(jie)果顯示(shi)，不同(tong)來(lai)源活性污(wu)泥ALE提取量(liang)介于(yu)90~190 mg/g VSS，與(yu)(yu)好氧顆(ke)粒污(wu)泥ALE提取量(liang)下(xia)限（200~350 mg/g VSS）相(xiang)當。ALE提取物主(zhu)要(yao)成分是多糖和蛋(dan)白類(lei)物質(zhi)(zhi)(zhi)，也(ye)包含一(yi)(yi)定(ding)量(liang)腐(fu)殖質(zhi)(zhi)(zhi)類(lei)物質(zhi)(zhi)(zhi)。藉FT-IR、3D-EEM、紫外-可見光掃描等手段分析ALE化(hua)學(xue)性質(zhi)(zhi)(zhi)表明，不同(tong)來(lai)源污(wu)泥ALE含量(liang)與(yu)(yu)性質(zhi)(zhi)(zhi)存在一(yi)(yi)定(ding)差異，但它們(men)與(yu)(yu)市(shi)售藻酸鈉(na)在化(hua)學(xue)結(jie)構上(shang)存在>60%的相(xiang)似度，其(qi)藻酸鈉(na)當量(liang)>400 mg/g ALE；ALE片段GG和MG含量(liang)分別為20%~30%和8%~28%，且表現出良好的凝膠特(te)性。這些特(te)征都(dou)意味(wei)著活性污(wu)泥ALE物質(zhi)(zhi)(zhi)也(ye)具(ju)有較好的替(ti)代(dai)市(shi)售藻酸鹽之潛力(li)。

歸(gui)納(na)污水(shui)(shui)進水(shui)(shui)組分與(yu)運行(xing)工況，發現ALE生(sheng)(sheng)成(cheng)與(yu)進水(shui)(shui)負(fu)荷、營養基質等存(cun)在(zai)明顯相(xiang)關(guan)關(guan)系；進水(shui)(shui)高SCOD和低C/N/P均會促進ALE生(sheng)(sheng)成(cheng)，其相(xiang)關(guan)系數(shu)R2=0.64（與(yu)SCOD）、R2=-0.71（與(yu)C/N比(bi)）和R2=-0.72（與(yu)C/P比(bi)）。微(wei)生(sheng)(sheng)物分析顯示，污泥(ni)優勢(shi)菌屬是影響藻酸(suan)鹽生(sheng)(sheng)成(cheng)的(de)關(guan)鍵要(yao)素，ALE生(sheng)(sheng)成(cheng)大都與(yu)硝化(hua)和反硝化(hua)過程有關(guan)。

文(wen)章最后指(zhi)出，活(huo)性(xing)污(wu)泥ALE性(xing)質(zhi)(zhi)雖可(ke)比(bi)擬顆粒污(wu)泥ALE物(wu)質(zhi)(zhi)，但提取量僅為后者下限(xian)。因此，探究(jiu)ALE在活(huo)性(xing)污(wu)泥中生成提高(gao)(gao)之(zhi)策(ce)略，包括(kuo)保證不影(ying)響(xiang)出水水質(zhi)(zhi)前(qian)提下，改(gai)變進水水質(zhi)(zhi)和(he)優化運行條(tiao)件等手段對提高(gao)(gao)活(huo)性(xing)污(wu)泥胞(bao)外聚合物(wu)高(gao)(gao)值物(wu)質(zhi)(zhi)回收(shou)具有重要意義。

重要結論

8個不同污水處理廠活性污泥(ni)類藻(zao)酸鹽物質（ALE）提取(qu)量介(jie)于90~190 mg/g VSS，與好氧顆(ke)粒污泥(ni)ALE提取(qu)量下限相(xiang)當。

活性(xing)污泥ALE提取(qu)物成(cheng)分分析顯示，它們與市售藻酸鈉在(zai)化學結構上存在(zai)>60%的相似度(du)。

ALE提取(qu)物的(de)藻(zao)酸鈉當量>400 mg/g ALE，片段G和M總量介于(yu)40%~60%，且(qie)其(qi)表現出(chu)良(liang)好的(de)凝膠特性(xing)，暗示(shi)著活性(xing)污泥ALE具有替代市售藻(zao)酸鹽之潛力。

活性污泥ALE提(ti)取(qu)物(wu)組分分析表明，它們的主要成分為多糖與(yu)蛋白物(wu)質，但不同(tong)污泥提(ti)取(qu)物(wu)組分相對含量(liang)不盡相同(tong)，亦表現出不同(tong)的化學性質差異。

進水負(fu)荷與(yu)(yu)營養(yang)基質都會對活性(xing)污泥藻酸鹽生(sheng)(sheng)成(cheng)產生(sheng)(sheng)影響，這(zhe)主要與(yu)(yu)物質降解和細胞(bao)新陳(chen)代謝(xie)有關。

污泥優勢(shi)菌屬是影(ying)響藻酸鹽生成(cheng)(cheng)的(de)關鍵要素，不同(tong)細菌種屬會表現為截然(ran)相反的(de)作(zuo)用，或(huo)促進ALE生成(cheng)(cheng)或(huo)抑制其生成(cheng)(cheng)，且(qie)ALE生成(cheng)(cheng)大都與硝化和反硝化過(guo)程有關。

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