《Journal of Water Process Engineering》：Evaluation of the biodegradability of sodium dodecyl sulfate and its effects on the anaerobic degradation of natural rubber processing wastewater with magnetite supplement
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天然橡胶加工废水处理中，十二烷基硫酸钠（SDS）对厌氧消化的抑制效应及磁石缓解机制研究。通过SDS单独及与NRPW共处理的两套厌氧实验系统，考察不同浓度（50-500 mg/L）SDS对COD去除率（最高98%）和甲烷产量（最高0.35 mL/mg COD）的影响，发现磁石通过Fe(II)/Fe(III)循环增强电子传递，显著缓解SDS对产甲烷菌（如Methanosaeta）的抑制，促进协同乙酸氧化（Methanoculleus DTU014丰度提升5.2%）。
明德·陈（Minh Duc Tran）| Thu H??ng Nguy?n（Thu Huong Nguyen）| 渡谷隆宏（Takahiro Watari）| 兰红·阮（Lan Huong Nguyen）| 波本正（Masashi Hatamoto）| 山口隆（Takashi Yamaguchi）
日本新潟长冈工业大学土木与环境工程系
摘要
在橡胶加工过程中添加十二烷基硫酸钠（SDS）是为了去除天然橡胶乳胶中的蛋白质，因为这些蛋白质可能会干扰后续的废水处理过程。与天然橡胶加工废水（NRPW）一起排放的残留SDS会使得废水变得更加复杂且难以处理。本研究进行了两项平行的厌氧实验：一项仅含SDS的生物降解实验，以及一项同时包含SDS和NRPW的消化实验。每项实验都设置了四种不同的SDS浓度（50、100、200和500 mg/L），每种浓度下设置了两组实验瓶：一组添加了10 g/L的磁铁矿，另一组未添加。实验分为两个周期进行：第一周期（27天）和第二周期（59天）。在仅含SDS的实验中，SDS的去除率在两个周期内均达到了99%以上。添加了磁铁矿的实验组处理时间更短，sCOD的去除效率更高（最高达到98%），甲烷产量也更高（最高达到0.35 NmL CH?/mg COD）。在SDS和NRPW共存的实验中，当SDS浓度不超过500 mg/L时，sCOD和SDS的去除效率也达到了99%。微生物群落分析显示，在500 mg/L的SDS和NRPW共同作用下，SDS显著抑制了产甲烷菌中的乙酸分解菌，使微生物群落向协同氧化乙酸的方向转变，表现为的相对丰度降低（6.7%），而和的相对丰度增加（分别为1.8%和5.2%）。这项研究表明，在NRPW存在的情况下，SDS可以在高浓度下通过厌氧途径被共同降解，为处理富含SDS的废水提供了一种潜在策略。
引言
天然橡胶因其高弹性、抗菌性能和生物相容性而成为重要的工业材料[1]。然而，橡胶乳胶中天然存在的蛋白质可能引发过敏反应，因此在产品制造前需要去除这些蛋白质[2]。通过将乳胶与0.5–1%的十二烷基硫酸钠（SDS）和0.1%的尿素共培养后离心，可以有效去除乳胶中的蛋白质[3][4]。这一方法为未来开发脱蛋白橡胶产品提供了有前景的方向。不过，使用SDS会产生含有高浓度该表面活性剂的废水[5]。
目前，橡胶工厂主要采用传统的生产流程，这会产生天然橡胶加工废水（NRPW）[6][7][8]。NRPW通常具有较高的有机负荷、悬浮固体和铵离子含量[9]。因此，引入基于SDS的脱蛋白步骤会增加富含表面活性剂的排放物，进一步复杂化废水处理过程。对于厌氧消化这种常用于NRPW处理的技术来说，这种混合物带来了重大挑战，因为厌氧消化技术具有减少异味和产生甲烷的优势[10]。作为一种阴离子表面活性剂，SDS具有强烈的抑菌和杀菌作用[11]，但其生物降解性较差，并且对产甲烷菌具有高毒性[12]。此外，SDS还被报道会破坏污泥结构[13]、破坏细胞膜并使蛋白质变性[14]，从而抑制如、和特别是等关键微生物群落，并增加挥发性脂肪酸（VFAs）的积累[12][15]。当SDS浓度超过70 mg/L时，会对厌氧处理产生不利影响[12][15]。在这种压力下，微生物必须将代谢能量用于自我保护和解毒，导致甲烷产量降低和适应期延长[16][17]。尽管已有文献记录SDS对厌氧过程的抑制作用，但其对NRPW厌氧生物降解性的具体影响尚未得到充分研究。随着橡胶制造商越来越多地采用基于SDS的脱蛋白方法，了解这些影响对于评估未来的环境和运营后果至关重要。
铁化合物具有重要的物理化学性质，如结晶性、溶解度、磁性和氧化还原活性，这些性质会影响厌氧消化过程[18][19]。因此，近年来，导电性铁基材料（尤其是磁铁矿（Fe?O?）也被广泛用于促进有机物的厌氧降解以产生甲烷[20][21]。除了为生物膜形成提供表面并创造更有利的厌氧消化环境外[22]，磁铁矿还能在高有机浓度和生物毒性较高的条件下提高甲烷产量和有机物的去除效率[23][24][25]。Fe?O?已被应用于多种高浓度或具有抑制性的废水处理中，例如乳制品废水[26]、染料废水[27]、高丙酮含量乳胶废水[24]和高盐度有机废水[23]。在厌氧系统中，磁铁矿可以通过Fe(II)/Fe(III)循环作为固相氧化还原介质[27]，这种氧化还原活性有助于增强细胞外电子传递并在抑制性条件下支持微生物活动[28]。由于SDS主要破坏细胞膜并抑制电子传递系统，磁铁矿可能通过提供导电路径和促进Fe(II)/Fe(III)循环来部分弥补这一影响，从而可能在功能（电子传递）层面上减轻SDS的毒性。然而，这仍然是一个假设，明确磁铁矿是否以及如何缓解SDS的抑制作用对于管理基于SDS的脱蛋白方法的相关影响至关重要。
本研究首次系统地评估了SDS在不同浓度下对NRPW厌氧生物降解性的影响，包括有无磁铁矿的情况。为此，采用了两种互补的实验方法：(i) 评估SDS作为唯一底物时的生物降解性；(ii) 研究SDS与NRPW共存时对NRPW厌氧消化的影响；(iii) 分析在不同SDS浓度下，无论是否有磁铁矿存在，微生物群落的变化情况。
实验细节
天然橡胶加工废水
SDS溶液的浓度设置为四种不同的水平（50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L和500 mg/L），并调整pH值至7.0。NRPW是通过越南工厂常用的橡胶乳胶凝聚工艺获得的：将1升浓缩橡胶乳胶与1升水混合稀释，得到2升稀释后的乳胶（干橡胶含量DRC为26–27%）。随后，加入2升2%的CH?COOH...
十二烷基硫酸钠的生物降解性评估
为了评估SDS在厌氧条件下的生物修复潜力，第一项实验使用了含有50、100、200和500 mg/L SDS的培养基。图1展示了实验过程中sCOD和甲烷产量的变化情况。在第一周期中，样品中的sCOD含量在初期急剧下降，之后趋于稳定。含有50–500 mg/L SDS的样品的sCOD去除效率在58%到87%之间；不含SDS的样品的去除效率在28%到86%之间...
局限性与展望
本研究展示了SDS的生物降解性，并评估了其在有磁铁矿和无磁铁矿条件下对NRPW厌氧处理的影响。然而，本研究存在一些局限性，未来可以通过进一步的研究加以探讨。首先，实验是在实验室条件下进行的批次实验，样本量较小且重复次数有限，这降低了微生物多样性分析的统计效力...
结论
本研究在厌氧条件下使用仅含SDS的培养基评估了SDS的生物降解性。结果表明，SDS在浓度高达200 mg/L时仍可有效降解，去除效率达到99%。虽然SDS被认为会通过破坏细胞膜和抑制电子传递系统中的电子流动来抑制厌氧消化，但磁铁矿可能通过提供导电路径和促进Fe(II)/Fe(III)循环来部分抵消这种抑制作用...
作者贡献声明
明德·陈（Minh Duc Tran）： 写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、实验设计、数据分析、概念构建。
Thu H??ng Nguy?n（Thu Huong Nguyen）： 写作 – 审稿与编辑、验证、方法论设计、概念构建。
渡谷隆宏（Takahiro Watari）： 写作 – 审稿与编辑、验证、资源提供、方法论设计。
兰红·阮（Lan Huong Nguyen）： 写作 – 审稿与编辑、验证。
波本正（Masashi Hatamoto）： 写作 – 审稿与编辑、验证、资源提供。
山口隆（Takashi Yamaguchi）： 写作 – 审稿与...
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
作者使用了ChatGPT（OpenAI）来改进语法和语言流畅性。最终稿件经过了作者们的仔细审阅和验证。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了日本科学技术机构（JST）、日本国际协力机构（JICA）的SATREPS项目（JPMJSA2103）、日本学术振兴会（24KK0089）以及栗田水与环境基金会（25 T001）的支持。
