污泥生物聚合物提取与应用
导言：在污水生物处理工艺中，污泥在去除水中污染物的同时能够产生生物聚合物，如，胞外聚合物（EPS）。研究发现，该物质具有天然粘性和阻燃等性质，不仅可替代现有石油基产品，还能减少对海藻资源的依赖，保护生物多样性。对此，丹麦奥尔堡大学联合奥胡斯大学和荷兰代尔夫特大学研究人员共同表示，污泥生物聚合物提取技术与相应可持续产品生产工艺现已完全可实现工业化应用。
编译 | 张清月
责编 | 郝晓地
01、“废物”再利用
污水生物处理工艺虽然能够通过细菌对水中污染物降解来实现净化目的，但也会产生大量剩余污泥。而剩余污泥可作为生物聚合物等资源提取与回收的原料，以实现“废物”再利用。
然而，剩余污泥中含有数百种不同的细菌。每种细菌所产生生物聚合物的性质或多或少都存在差异。该项目也正在通过进一步研究来确定其中存在哪些细菌、它们产生什么样的生物聚合物、这些物质具有哪些特性并能够用于什么目的。
研究人员认为，生物聚合物可作为石油基产品的可持续替代品。此外，磷（已列入欧盟未来可能难以获得的关键元素清单）和其他矿物质也可以从污水中提取。
奥尔堡大学化学与生物科学系Per Halkjær Nielsen教授表示：“这项研究具有广阔的前景。因为我们是在利用目前被忽视的‘废物’来实现高附加值产品生产。
在《Current Opinion in Biotechnol- ogy》上已发表的一篇文章中，研究人员表示，目前该工艺随时能够实现工业生产和实际应用。
02、石油基聚合物可持续替代品
REThiNk（从剩余污泥中提取EPS作为一种新的可循环生物聚合物）研究项目专注于从微生物产生的长链分子生物聚合物 。
石化企业从原油中生产的合成聚合物已在全球范围内普遍用于制造塑料、纺织纤维、粘合剂、油漆等日常生活用品。
但研究人员表示，从剩余污泥中提取的天然聚合物能够成为石油基聚合物的可持续替代品，例如，作为纸张和建筑材料的粘合剂。此外，生物聚合物似乎也具有阻燃特性。如果它们能够以可持续方式实现商业生产，则可开辟新的市场。
03、如何提取生物聚合物？
Per Halkjær Nielsen教授解释道：“简言之，这项工作是建立在细菌消纳污水中污染物后产生的剩余污泥基础上的。”
EPS本身是微生物“絮凝”材料，它能够使小颗粒微生物聚集并产生共沉降作用。这对水质净化过程至关重要。这不仅适用于污水处理厂，也适用于港口污泥、湖泊和其他水体污泥。
然而，现有应用通常采用厌氧消化工艺将剩余污泥转化为能源——沼气，或将其用作农业肥料。但随着社会对石油基产品替代品的需求，研究人员找到了一种从剩余污泥中提取、回收EPS的方法。
REThiNk项目研究人员通过改变污泥pH值和温度来提取EPS。如上所述，该工艺能够产生作为各种工业原料的纤维素和凝胶状EPS。
鉴于丹麦污水处理厂每年能够生产数百吨剩余污泥的现状，研究人员认为，有可能将污水处理厂转变为EPS生产的资源工厂。
04、全球应用与细菌潜力
REThiNk项目最终目标是将研究扩展到工业和商业用途。然而，由于世界各地污水处理厂中菌种的不同，会产生性质不一的EPS。这会影响它们的最终用途。因此，需要进一步分析和评估世界各地不同污水处理厂产生的EPS。
正如Nielsen的解释：“如果有公司能够看到该产品的实际作用并愿意投资测试和开发项目，这将进一步扩大这项技术的潜力。这就需要我们进行中试试验来生产更多的EPS产品让大家看到并知晓这项技术。”
除了替代石油基聚合物外，从污水中回收的EPS还具有其他环境效益。
Nielsen总结道：“我们可以将20~30%剩余污泥转化为可以替代石油基产品的EPS。同时，这也可以减少现有生物聚合物生产工艺对海藻的需求和依赖。目前，许多生物聚合物是从濒危的大型海藻中提取的。如果我们能找到其他提取生物聚合物的方法，这将对环境和生物多样性产生明显的保护作用。”
