磷是維持糧食生產不可或缺的重要資源，預計在本世紀末之前，若不采取措施全球不可再生的礦物磷酸鹽將出現短缺危機。作為應對，從廢棄活性污泥等二次資源中，通過微生物菌群與富含蛋白質的生物質厭氧共發酵回收磷是一種有效方法。
近期，由浙江清華長三角研究院生態環境研究所、浙江省水質科學與技術重點實驗室、同濟大學環境科學與工程學院以及清華大學環境學院組成的聯合小組，在 Bioresource Technology 上發表了題為“Anaerobic co-fermentation of waste activated sludge with corn gluten meal enhanced phosphorus release and volatile fatty acids production: Critical role of corn gluten meal dosage on fermentation stages and microbial community traits”論文，他們探索了鐵磷化合物（FePs）污泥與玉米蛋白粉（CGM）的厭氧共發酵過程，揭示了玉米蛋白粉的劑量在發酵階段和微生物群落特征中發揮關鍵作用，以及與磷釋放和揮發性脂肪酸（VFAs）產生相關的潛在機制。
（來源：Bioresource Technology）
統計數據顯示，全球每年約有 130 萬噸磷在廢水處理過程中被消除。在廢水處理廠，作為廢水中的營養污染物，磷通常是利用與鐵鹽的化學沉淀來進行去除，這種工藝產生的廢棄污泥中含有大量的鐵磷化合物（FePs），這種富含磷的廢棄污泥為磷的回收提供了機會。
厭氧發酵是一種有效、環保的廢棄活性污泥處理技術。在厭氧發酵過程中，磷（尤其是多磷酸鹽）可以從固體中釋放到污泥上清液，結合沉淀處理，磷可以從富含磷的上清液中被有效地回收。然而 FePs 的穩定性阻礙了磷的釋放和回收，導致單純的厭氧發酵對含 FePs 的污泥的磷回收效率較低。比如，曾有報道顯示，厭氧發酵后從含 FePs 的污泥中釋放出的磷不到 5%。
先前研究發現，與富含蛋白質的生物質（如蠶蛹粉）共發酵能夠增強磷釋放，同時能夠保持接近中性的 pH 值（5.5–6.5）并減少堿性化學物質在后續磷回收中的使用，但是蠶蛹粉有限的可用性需要尋找更容易獲得的富含蛋白質的生物質廢物的來源，相較之下，玉米蛋白粉是一種更好的替代品。
玉米是全球主要糧食作物之一，年產量超過 11 億噸，其占全球淀粉產量的近 80%（約 7500 萬噸）。生產玉米淀粉產生玉米蛋白粉是一種富含蛋白質（高達 25%）的生物質廢物，除了蛋白質，玉米蛋白粉還富含多糖（約 58%) ，有助于在與含 FePs 污泥共發酵過程中平衡碳氮比。
然而在實踐過程中，玉米蛋白粉在與含 FePs 污泥共發酵過程中釋放磷和產生 VFAs 所需的最佳劑量，以及玉米蛋白粉劑量是否會改變與含 FePs 的污泥共發酵過程中的微生物群落結構等方面仍然尚不明確。
（來源：Bioresource Technology）
在這項研究中，他們首先研究了不同劑量的玉米蛋白粉對磷釋放和 VFAs 產生的影響，發現磷釋放的最佳玉米蛋白粉劑量為 0.6g 化學需氧量（COD）/g 總懸浮固體，其效率從 7%（對照樣品）提高至 39 %；VFAs 生產的最佳 CGM 劑量為 0.4g COD/g 總懸浮固體，產率從 37.4mg COD/g（對照樣品）提高到 331.7mg COD/g 揮發性懸浮固體。
隨后，他們通過動力學分析、化學儀器分析和功能微生物分析，闡明了添加玉米蛋白粉對發酵過程中水解和產酸的影響，以及微生物群落變化，并鑒定出生物標志物。厭氧發酵的主要階段是水解和產酸，機制方面，玉米蛋白粉的添加通過提供豐富的有機底物來促進水解菌和產酸菌的生長，從而增強了水解和產酸，較高的 VFAs/銨態氮比導致較低的 pH 值，這促進了 FePs 的進一步溶解和磷在污泥中的釋放。
最后，他們探討了碳、氮、鐵、磷之間的相互作用，以深入理解含 FePs 污泥與玉米蛋白粉的共發酵過程。
總的來說，這項研究指出了玉米蛋白粉在共發酵過程中磷釋放和 VFAs 產生的最佳劑量，并闡明所涉及的功能機制，為玉米蛋白粉對磷釋放和揮發性脂肪酸產生的影響提供了新的見解，也為含 FePs 污泥磷回收技術的發展提供了理論依據。
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