基于FT-ICR MS的蒸汽爆破预处理强化污泥厌氧消化的有机物分子解析

作者：郭送军; 韦进毅; 王晨路; 郝智能; 曹宏元; 鲍振; 刘吉宝^*; 魏源送

来源：环境工程学报, 2023, 17(04): 1337-1345.

• 蒸汽爆破
• 污泥
• 厌氧消化
• 溶解性有机物
• FT-ICR MS

污泥预处理后有机物的释放和组成变化会直接影响厌氧消化产甲烷效率，傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)可以深入解析溶解性有机物(DOM)分子组成的变化。通过蒸汽爆破技术对污泥进行预处理，考察不同预处理条件对污泥溶解性有机物分子组成及厌氧消化的影响。研究结果表明，蒸汽爆破预处理明显提升了污泥中溶解性有机物的浓度(最高可提升2.69倍)，而高压短时间的预处理更为明显地提升了污泥累积甲烷产量。基于三维荧光光谱(3D-EEM)，预处理后污泥不同DOM组分的荧光区域积分标准体积占比发生变化，但不同实验组在厌氧消化过程中荧光区域积分标准体积占比差异并不明显。基于FT-ICR MS的分子水平分析发现，蒸汽爆破预处理后污泥DOM中可生物降解的脂肪族/蛋白质类和脂质类有机物相对占比(质谱峰相对强度)分别增加了3.30%和9.29%，难降解的木质素/CRAM类有机物占比下降了10.53%,DOM分子的双键当量(DBEw)、氧含量(O/Cw)和芳香度(AImodw)降低。此外，预处理增多了低O/C (0.1～0.4)的可生物降解组分以及与微生物代谢活性有关的含硫DOM分子数量，这可能是厌氧消化产甲烷提升的原因之一。本研究结果可为识别污泥预处理过程中可生物降解和难降解有机物组分及其分子特征提供参考。

• 单位
  中国科学院生态环境研究中心; 材料学院; 环境化学与生态毒理学国家重点实验室; 广西大学; 环境科学与工程学院; 天津工业大学