《Journal of Water Process Engineering》：Enhanced antibiotic degradation and sacrificial H
2 evolution via a heterointerface- and defect-engineered 2D/2D ZnIn
2S
4/BiOIO
3 S-scheme photocatalyst
编辑推荐：
超高强度堆肥渗滤液经间歇回流上流式厌氧污泥床（UASB）处理，1.2 m/h组COD去除率（88.9%）高于0.5 m/h组（82.4%），甲烷产量相近，但微生物群落结构差异显著，分别以甲烷丝菌和氢乙酸生成菌为主，产物分别富含碳（C/N=8.8）和氮钾（1.65% N；8.37% K），验证了水力条件对资源回收的关键调控作用。
作者：Anusree Nalladiyil、Himanshu Kumar Khuntia、H.N. Chanakya、G.L. Sivakumar Babu
印度科学研究所可持续技术中心，班加罗尔，560012，印度
摘要
超高强度堆肥渗滤液（UHSL）的处理仍然是一个重大的环境挑战，因为其含有极高的有机负荷（COD 125 ± 27.5 g/L；pH 3–5）、高浓度的挥发性脂肪酸（VFA）以及微生物抑制作用。在这项研究中，采用了上流式厌氧污泥床（UASB）反应器在间歇循环条件下进行处理，作为传统连续流操作的替代方案。通过维持0.5 m/h（UASB_0.5）和1.2 m/h（UASB_1.2）的上流速度，评估了两种水动力条件对处理效率、甲烷产量、微生物群落结构和消化物质量的影响，有机负荷率（OLR）高达11.2 kg COD/m3/d。在11.2 kg COD/m3/d的高OLR下，UASB_1.2反应器的处理效率更高（COD去除率为88.9 ± 0.2%），而UASB_0.5的反应器处理效率为82.4 ± 0.6%；两种系统的甲烷产量相当（约0.38 L CH?/g COD）。微生物群落分析显示，甲烷生成途径受水动力条件的显著影响。UASB_0.5以醋酸裂解型甲烷生成为主，Methanosaeta的丰度较高（3.5%），而UASB_1.2则支持一种混合甲烷生成菌群，包括Methanosaeta（2.1%）和氢营养型物种如Candidatus Methanogranum（2.0%）。这些微生物和操作上的差异导致了消化物特性的不同。UASB_1.2产生的消化物富含营养物质（1.65% N；8.37% K），而UASB_5产生的消化物富含碳（12.99% C；C/N = 8.8）。研究结果强调了上流速度和间歇循环作为在循环经济框架内从UHSL中回收能量和营养物质的关键操作控制因素。
引言
渗滤液管理仍然是一个关键挑战，尤其是在处理城市固体废物（OFMSW）的设施中，如堆肥厂。这类渗滤液的特点是pH值低（3–5）、有机物质浓度极高（10,000至100,000 mg/L）以及含有丰富的营养物质[1]、[2]、[3]。这些特性使得处理变得非常困难，如果未经处理直接排放，会对地下水和地表水造成严重威胁[4]、[5]，导致缺氧环境，进而造成鱼类死亡和其他水生生物的死亡[6]、[7]。在发展中国家，由于家庭有机废物含量高，OFMSW产生的渗滤液可达到其重量的20%（2025年班加罗尔实地数据）。
近年来，已经探索了多种堆肥渗滤液的处理方法，包括厌氧和好氧生物系统、化学和电化学氧化以及混凝-絮凝[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。其中，厌氧消化具有显著优势，因为它能够在无氧条件下将有机污染物转化为富含甲烷的生物气体，并且比好氧系统消耗的能量少得多[13]、[14]、[15]。除了能量回收外，厌氧消化还能产生富含营养物质的消化物，具有农业再利用的潜力，从而符合循环经济和资源回收的原则[16]、[17]、[18]、[19]。
近期文献强调了颗粒污泥系统在处理高浓度废水时的稳定性[20]、[21]。其中，上流式厌氧污泥床（UASB）和膨胀颗粒污泥床（EGSB）是最广泛采用的渗滤液处理技术[22]。这两种系统的主要区别在于液体上流速度，这是一个关键的水力参数，决定了混合强度、传质和生物量保留[23]。高处理率的系统（如EGSB）利用较高的上流速度来扩展污泥床，从而增强底物与生物量之间的接触[24]。Liu等人（2010年）证明，高水力负荷下的EGSB能够实现88–97%的化学需氧量（COD）去除效率。然而，这也增加了生物量流失的风险，尤其是在高负荷条件下。相反，UASB典型的较低上流速度虽然保证了生物量保留，但可能会遇到沟流、死区以及传质限制，尤其是在处理超高强度堆肥（UHSL）渗滤液（COD -1,000,000 mg/L）时[25]。因此，选择最佳上流速度至关重要。此外，保持较高的上流速度通常会导致水力停留时间（HRT）缩短，这可能对UHSL的处理效率产生不利影响[26]。
为了克服这些水力限制，通常采用出水循环来将HRT与液体上流速度分离，并稀释抑制性物质的浓度[26]、[27]。然而，关于循环模式仍存在关键的知识空白。大多数报道的研究依赖于连续出水循环，这可能导致能耗增加，并可能在处理高固体含量底物时干扰水解过程[28]。通过间歇出水循环可以缓解这些限制，因为它引入了周期性的水力脉冲和底物梯度，同时减少了持续的剪切应力。
尽管间歇出水循环具有潜在优势，但其效果在UHSL处理中的影响仍不明确。特别是，在间歇操作下上流速度的变化如何影响VFA积累、甲烷生成活性、反应器稳定性和消化物质量之间的平衡尚不清楚。此外，大多数关于UASB反应器的研究主要集中在传统的填埋场渗滤液或中等强度底物上，因此在针对具有极高COD浓度、高VFA和强抑制潜力的渗滤液进行水动力优化方面存在显著的知识空白[29]、[30]、[31]、[32]。
本研究的新颖之处在于将间歇循环作为一种水动力控制策略，用于调节UASB反应器中的上流速度。这种方法旨在结合EGSB系统通常具有的增强混合和传质优势，同时保持传统UASB的优异生物量保留和操作简便性，使其特别适合UHSL处理。研究假设，在间歇循环条件下，上流速度不仅影响反应器性能和稳定性，还影响甲烷生成途径和消化物的质量特性，从而实现有针对性的资源回收。
本研究调查了两个在不同上流速度（0.5 m/h和1.2 m/h）下运行的间歇循环UASB反应器的长期（180天）性能。具体目标是：i) 通过COD去除率、甲烷产量和过程稳定性来评估反应器性能；ii) 分析不同水动力条件引起的微生物群落结构和甲烷生成途径的变化；iii) 评估所得消化物的营养成分和碳组成，以确定循环废物管理系统中的不同资源回收潜力（例如，富含碳的土壤改良剂与富含营养的生物肥料）。
部分摘录
堆肥渗滤液和接种物采样
堆肥渗滤液样本来自班加罗尔Doddabidarakallu的一个OFMSW风堆肥设施，该设施处理家庭分离的湿废物。该设施由Bruhat Bengaluru Mahanagara Palike（BBMP，大班加罗尔市公司）管理，每天处理200吨OFMSW，产生约75立方米的渗滤液。
渗滤液特性
未经处理的堆肥渗滤液具有极高的有机强度，COD为125,000 ± 27,980 mg/L，生化需氧量（BOD）为71,300 ± 26,400 mg/L [25]。大约0.57的BOD/COD比率表明，大部分有机负荷易于生物降解，这与先前研究的数值（BOD/COD范围：0.48–0.72）一致[2]、[14]。这一高有机含量也得到了固体分析的支持。
结论
本研究表明，在间歇循环条件下，上流速度是影响UASB中UHSL（COD 125 ± 27.5 g/L；pH 3–5）处理性能和资源回收趋势的关键操作参数。在11.2 kg COD/m3/d的高OLR下，以1.2 m/h运行的反应器实现了更高的处理效率，COD去除率为88.9%，甲烷产量为0.388 L CH?/g COD，而以0.5 m/h运行的反应器分别为82.4%和0.387 L CH?/g COD。
作者贡献声明
Anusree Nalladiyil：撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、资源管理、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。
Himanshu Kumar Khuntia：撰写——审稿与编辑、验证、方法论。
H.N. Chanakya：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论。
G.L. Sivakumar Babu：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、资金获取。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本作品时，作者使用了Chat-GPT来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具/服务后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明以下可能的财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：
ANUSREE NALLADIYIL表示获得了印度政府的Prime Minister Research Fellowship的财务支持。
G L Sivakumar Babu表示获得了印度政府的Science and Engineering Research Board的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢印度政府Science and Engineering Research Board（SERB）在“开发城市固体废物填埋场修复方法”（项目编号：IMP/2019/000442）项目下提供的财务支持。此外，作者还感谢印度政府教育部在Prime Minister's Research Fellowship（PMRF）计划（项目编号：P/MHRD-20-17183.03）下的支持。
