使用液相色谱有机碳检测和有机氮检测表征污泥中有机物的性质和环境行为
液相色谱【摘要】 本研究总结了目前使用液相色谱有机碳检测和有机氮检测 (LC-OCD-OND) 对与污泥处理过程相关的污泥样品中的有机物进行表征和定量的知识，通过将有机物分为生物聚合物、结构块、腐殖质、低分子量 (LMW) 酸、低 LMW 中性物质和无机胶体。
污泥中的有机物是在废水处理过程中形成的复杂生物衍生物质。最近，不同处理过程中对污泥中有机物的研究重点大幅增加。有机物在污泥的几个处理过程中起着至关重要的作用。例如，在厌氧消化（AD）中，微生物只能利用有机物的可溶部分，即溶解有机物（DOM），而不溶性底物在使用前需要溶解为DOM。在污泥脱水方面，脱水性受分子水平上有机物的尺寸、重量、成分、结构和聚集等因素的显著影响。了解有机物的特性和环境动态对于最大限度地提高污泥处理方法的效率至关重要污泥中有机物的存在对污泥脱水、厌氧污泥消化、资源（即蛋白质）回收和污泥中的污染物（即重金属）去除以及污泥液体和固体消化物的后续应用起着重要作用。
本研究总结了目前使用液相色谱有机碳检测和有机氮检测 (LC-OCD-OND) 对与污泥处理过程相关的污泥样品中的有机物进行表征和定量的知识，通过将有机物分为生物聚合物、结构块、腐殖质、低分子量 (LMW) 酸、低 LMW 中性物质和无机胶体。
此外，还总结了这些级分在不同污泥处理过程中的命运、相互作用、去除和降解。强烈建议在未来的研究中，在 LC-OCD-OND 分析之前对不同细胞外聚合物 (EPS) 层中的有机成分进行标准化提取。使用LC-OCD-OND分析污泥样品中的腐殖质时应谨慎行事。总之，本研究不仅为今后使用LC-OCD-OND表征污泥有机物的实验和实践提供了理论基础和技术指导，而且为咨询工程师和其他参与污泥处理的专业人员提供了宝贵的资源。
图 1. 单个污水污泥样品的六个部分用于 OC 和 UV (254 nm) 检测[1]
选择合适的方法表征污泥样品中的有机物与污泥处理系统的设计、控制和操作密切相关。本文评估并讨论了在污泥脱水、厌氧污泥消化、资源回收和污泥中的污染物去除以及污泥液体和固体消化物的后应用过程中使用 LC-OCD-OND 分析污泥样品中的有机物的情况。有机成分被分为腐殖质、结构块、LMW 酸、LMW 中性物质、生物聚合物和无机胶体。
具体而言，对于污泥脱水，亲水性生物聚合物，特别是分子量小于 20 kDa 的蛋白质，被确定为影响污泥脱水性的关键有机成分；在厌氧污泥消化过程中，经过污泥预处理后，随着可溶性有机成分的增加，腐殖质被 LCOCD-OND 确定为抗 AD 的关键难降解化合物。对于未来的工作，需要在LC-ODOND分析之前建立不同EPS层中有机成分的标准化提取程序，并且需要更加重视使用LC-OCD-OND分析法对污泥样品中的腐殖质进行分析。
[1] Wang R, Nabi M, Jiang Y, et al. Characterizing properties and environmental behaviors of organic matter in sludge using liquid chromatography organic carbon detection and organic nitrogen detection: a mini-review[J]. Environmental Research, 2024: 119900.
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