创新点
难降解的酚类化合物是厌氧消化过程中存在的主要毒性物质之一。本研究探究了水热炭与共基质（葡萄糖）同时添加对苯酚厌氧降解的影响。首先探究了不同的共基质浓度和水热炭存在对甲烷生成以及挥发性脂肪酸和苯酚浓度变化的影响。其次对各反应器中的微生物多样性和微生物群落结构进行分析，以揭示水热炭和共基质对苯酚厌氧降解的影响机制。本工作为“碳达峰、碳中和”背景下的苯酚绿色高效降解提供了新的思路与一定的参考。
通讯作者简介
水热炭与共基质对苯酚厌氧降解的影响
作者
单位
1. 复旦大学 环境科学与工程系
2. 上海市有机废弃物污染控制与资源化专业技术服务平台
3. 上海市污染控制与生态安全研究院
4. 上海建科环境技术有限公司
基金项目
国家自然科学基金资助项目(31970117)
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摘要
研究背景
苯酚是一种有毒、致癌的芳香族化合物，广泛存在于煤气化、制药和农药、炼油等工业废水中，也可由腐殖酸和单宁化合物等自然芳香物质降解产生。据统计，每年有超过1000万t酚类废水排放到环境中，这些含有高浓度酚类物质的废水如未经适当处理直接排放，将会对生态环境和人体健康造成极大危害。
厌氧消化（Anaerobic Digestion, AD）是一种可持续、环保且经济的生物过程，目前已广泛应用于有机废水处理。苯酚的厌氧降解是复杂而缓慢的过程，其稳定性取决于微生物群落、化合物的生物降解特性和化学特性。一方面，苯酚向苯甲酸盐转化的过程是苯酚厌氧降解的限速步骤；另一方面，由于苯酚及其中间产物（如苯甲酸盐）的毒性较高，不利于产甲烷菌的富集，使得苯酚的乙酸发酵型产甲烷过程较为脆弱。因此，寻找合适的方法提高苯酚厌氧降解效果和产甲烷效率是关键。
在强化酚类化合物厌氧消化的研究中，生物刺激法是刺激原始微生物群落生长或生物活动以促进生物降解过程，主要包括添加营养素和其他化合物、优化工艺参数等方式。投加共基质之后的厌氧消化过程也被称为共代谢，是难处理物质或有毒物质常见的厌氧强化技术，然而其对苯酚厌氧降解的影响尚不清楚。此外，先前的研究中已发现水热炭在苯酚厌氧降解中使最大产甲烷速率（Rm）提高了79.1%。如果能够同时利用水热炭与共代谢，进一步强化苯酚的厌氧降解，对实现苯酚的高效处理与甲烷回收具有重要意义。
本研究将水热炭与共代谢结合，探究二者耦合能否进一步促进苯酚的厌氧消化。实验采用葡萄糖作为共基质，260℃水热炭作为投加的炭材料，将二者同时添加至苯酚厌氧消化过程中，探究其对苯酚厌氧消化影响。此外，还评估了不同葡萄糖浓度对苯酚厌氧消化的影响，并确定最佳的添加浓度。进一步通过16s rDNA高通量测序探究其中的微生物种类和丰度变化，为苯酚降解提供新思路。
部分图片
图1 添加水热炭和未添加水热炭反应器中累计甲烷产量变化
图3 细菌在属水平的群落组成
引文格式
邵钱祺, 罗涛, 张士成, 罗刚. 水热炭与共基质对苯酚厌氧降解的影响[J/OL]. 能源环境保护:1-9[2024-01-15].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240113.
SHAO Qianqi, LUO Tao, ZHANG Shicheng, LUO Gang. Effects of hydrochar and co-substrate on phenol anaerobic degradation[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-9[2024-01-15].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240113.
