磷是维持粮食生产不可或缺的重要资源，预计在本世纪末之前，若不采取措施全球不可再生的矿物磷酸盐将出现短缺危机。作为应对，从废弃活性污泥等二次资源中，通过微生物菌群与富含蛋白质的生物质厌氧共发酵回收磷是一种有效方法。
近期，由浙江清华长三角研究院生态环境研究所、浙江省水质科学与技术重点实验室、同济大学环境科学与工程学院以及清华大学环境学院组成的联合小组，在 Bioresource Technology 上发表了题为“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”论文，他们探索了铁磷化合物（FePs）污泥与玉米蛋白粉（CGM）的厌氧共发酵过程，揭示了玉米蛋白粉的剂量在发酵阶段和微生物群落特征中发挥关键作用，以及与磷释放和挥发性脂肪酸（VFAs）产生相关的潜在机制。
（来源：Bioresource Technology）
统计数据显示，全球每年约有 130 万吨磷在废水处理过程中被消除。在废水处理厂，作为废水中的营养污染物，磷通常是利用与铁盐的化学沉淀来进行去除，这种工艺产生的废弃污泥中含有大量的铁磷化合物（FePs），这种富含磷的废弃污泥为磷的回收提供了机会。
厌氧发酵是一种有效、环保的废弃活性污泥处理技术。在厌氧发酵过程中，磷（尤其是多磷酸盐）可以从固体中释放到污泥上清液，结合沉淀处理，磷可以从富含磷的上清液中被有效地回收。然而 FePs 的稳定性阻碍了磷的释放和回收，导致单纯的厌氧发酵对含 FePs 的污泥的磷回收效率较低。比如，曾有报道显示，厌氧发酵后从含 FePs 的污泥中释放出的磷不到 5%。
先前研究发现，与富含蛋白质的生物质（如蚕蛹粉）共发酵能够增强磷释放，同时能够保持接近中性的 pH 值（5.5–6.5）并减少碱性化学物质在后续磷回收中的使用，但是蚕蛹粉有限的可用性需要寻找更容易获得的富含蛋白质的生物质废物的来源，相较之下，玉米蛋白粉是一种更好的替代品。
玉米是全球主要粮食作物之一，年产量超过 11 亿吨，其占全球淀粉产量的近 80%（约 7500 万吨）。生产玉米淀粉产生玉米蛋白粉是一种富含蛋白质（高达 25%）的生物质废物，除了蛋白质，玉米蛋白粉还富含多糖（约 58%) ，有助于在与含 FePs 污泥共发酵过程中平衡碳氮比。
然而在实践过程中，玉米蛋白粉在与含 FePs 污泥共发酵过程中释放磷和产生 VFAs 所需的最佳剂量，以及玉米蛋白粉剂量是否会改变与含 FePs 的污泥共发酵过程中的微生物群落结构等方面仍然尚不明确。
（来源：Bioresource Technology）
在这项研究中，他们首先研究了不同剂量的玉米蛋白粉对磷释放和 VFAs 产生的影响，发现磷释放的最佳玉米蛋白粉剂量为 0.6g 化学需氧量（COD）/g 总悬浮固体，其效率从 7%（对照样品）提高至 39 %；VFAs 生产的最佳 CGM 剂量为 0.4g COD/g 总悬浮固体，产率从 37.4mg COD/g（对照样品）提高到 331.7mg COD/g 挥发性悬浮固体。
随后，他们通过动力学分析、化学仪器分析和功能微生物分析，阐明了添加玉米蛋白粉对发酵过程中水解和产酸的影响，以及微生物群落变化，并鉴定出生物标志物。厌氧发酵的主要阶段是水解和产酸，机制方面，玉米蛋白粉的添加通过提供丰富的有机底物来促进水解菌和产酸菌的生长，从而增强了水解和产酸，较高的 VFAs/铵态氮比导致较低的 pH 值，这促进了 FePs 的进一步溶解和磷在污泥中的释放。
最后，他们探讨了碳、氮、铁、磷之间的相互作用，以深入理解含 FePs 污泥与玉米蛋白粉的共发酵过程。
总的来说，这项研究指出了玉米蛋白粉在共发酵过程中磷释放和 VFAs 产生的最佳剂量，并阐明所涉及的功能机制，为玉米蛋白粉对磷释放和挥发性脂肪酸产生的影响提供了新的见解，也为含 FePs 污泥磷回收技术的发展提供了理论依据。
素材来源官方媒体/网络新闻
