外加电压下的废活性污泥二次产酸发酵：对污泥结构和酶活性的影响

李 磊，蔡 辰，陈永栋，刘昊宇，刘 芮，杨东海，董 滨，戴晓虎

（同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）译者：李 磊；审查：戴晓虎；单位：同济大学环境科学与工程学院

1 研究亮点

*分析了电辅助下的污泥产酸发酵性能，探索了通过外加电压进行二次产酸发酵；

*污泥结构在外加电压下变得松散，其松紧程度在后续有波动；

*蛋白酶和α-葡萄糖苷酶的活性均显著提高。

2 背景

生物电化学系统，特别是微生物电解池（MEC）的发展，为厌氧生物处理过程的强化提供了一个新的方向。通过外部的较低电力输入，可以促进复杂有机物的分解，以及化学品和燃料的生产。研究者们将微生物电解池与厌氧消化(AD)相结合，以促进沼气的产生，这被称为MEC-AD 或电辅助厌氧消化。然而，尽管已有数篇研究报道了微生物电解池结合下的废活性污泥（WAS）厌氧消化产甲烷性能，但外加电压对其产酸发酵过程的影响和机制尚不清楚。在此基础上，需要进一步表征外加电压下的污泥结构变化与功能酶活性，以更深入地了解MEC-AD中污泥的复杂性质和微生物的代谢过程。

3 研究方法

研究使用的WAS 收集自上海市的一家污水处理厂，实验前储存在（4.0±0.1） °C的冰箱中。接种污泥取自实验室长期稳定运行的中温半连续反应器，WAS 和接种污泥的VS 比为2∶1。批次实验周期为42 d，温度为（37±1） °C，在0～12 d，设置了3 组条件进行污泥产酸发酵，即外加0 V 电压（即只加入电极，EG1）、外加0.6 V 电压（EG2）和无任何处理的对照组（CG）。经30 d的厌氧生物处理后，在第30天将CG 组和EG1 组的一半反应器外加上0.6 V 电压，命名为SCG 组和SEG1 组，考察其二次产酸发酵性能。实验测试分析的内容包括溶解性总有机碳（STOC）、溶解性蛋白、溶解性多糖、挥发性脂肪酸（VFA）、氧化还原电位（ORP）、污泥粒径、分形维数（Df）、傅里叶红外光谱、蛋白酶和α-葡萄糖苷酶活性等。

4 主要研究结果

在前12 d，EG2 组具备更优的发酵产酸性能，其VFA 最大值达到（234.3±3.4）mg/g（HAc/VS），相比于CG 和EG1 分别提高了28.8%和22.2%。对于SCG 和SEG1 组，在第30 天外加0.6 V 电压后，其STOC、溶解性蛋白、溶解性多糖和VFA 含量均显著上升，说明外加电压可有效促进复杂有机物的二次水解和产酸过程。对反映污泥结构的相关指标的分析，证实持续的电压刺激促进了污泥结构的解体，污泥结构变得更加松散；对微生物功能酶活性的分析，发现SCG和SEG1组蛋白酶和α-葡萄糖苷酶的活性在外加电压后均有明显的提升，证明了外加电压对微生物代谢的影响，也支持了有机物二次水解和酸化的结果。

5 结论与展望

外加电压通过使污泥结构松散和提升功能酶活性实现了污泥有机物的再溶解和水解，从而提升了其二次产酸发酵性能。后续将进一步研究外加电压对污泥厌氧消化全过程综合影响及其未来的应用场景。