金属阳离子去除促进污泥厌氧发酵研究进展

摘要

在“双碳”目标战略引领下，厌氧发酵作为剩余污泥处理的主流技术，仍面临水解效率低、代谢不充分和菌群协调性差等瓶颈。金属阳离子是污泥的重要组成部分，对其进行高效去除有望成为突破上述瓶颈、实现产酸增效的关键。首先，从污泥资源化角度综述了厌氧发酵工艺及短链脂肪酸(SCFAs)回收的研究现状，指出现有方案多依赖高剂量化学品或能源投入以突破单一限制，缺乏系统性增效策略。其次，从污泥结构刚性、代谢活性不足和SCFAs消耗3个方面，系统总结了厌氧发酵产酸的技术瓶颈，指出金属阳离子去除可同时克服多重限制。然后，重点剖析了金属阳离子对发酵效率的抑制机制，详细阐明了不同价态金属阳离子的赋存状态、维持胞外聚合物(EPS)结构稳定性、阻碍电子穿梭体释放及其介导生物转化的作用路径。接着，综述了金属阳离子去除驱动增效的三重调控机制研究进展，指出基于阳离子交换树脂(CER)的选择性吸附与焦磷酸钠(SP)的螯合作用能够显著提升系统产酸效率，同时评估了该技术的工程应用潜力与经济性。最后，总结了当前金属阳离子去除面临的脱除效率低、螯合剂残留和微量元素缺失等局限性，并探讨对应的解决策略。该研究可为污泥厌氧发酵增效和SCFAs回收工程应用提供理论参考。

关键词

剩余污泥 / 厌氧发酵 / 短链脂肪酸 / 阳离子去除 / “双碳”目标

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52470161); 陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍资助项目(2025QCY-KXJ-088); 城市水资源与水环境国家重点实验室开放课题重点资助项目(ESK202402)