ESE专栏｜利用厨余垃圾和剩余污泥也能实现商品级VFA的大规模生产？厌氧大神Juan Lema团队给你答案

University of Santiago de Compostela（USC）Juan Lema团队在最新的一项研究中介绍了一种先进的生物炼制技术——将污水污泥和厨余垃圾转化为有价值的挥发性脂肪酸（VFAs）。这项研究发表在ESE期刊上，评估了位于西班牙加利西亚的一座生物炼油厂的环境影响。该厂生产商业级的挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸和丁酸 。该研究在发表后得到了The Microbiologist、EurekAlert等多家国际媒体的关注与报道。

AAAS旗下EurekAlert报道截图

这项研究强调了该生物炼油厂的双重优势： 高效的废弃物管理和减少对化石燃料的依赖。 通过中试数据，研究人员证明了这一创新技术的可扩展性，其中厨余垃圾在单位产品中表现出最佳的环保性能，而污水污泥则在处理大量垃圾方面表现出色。

影响环境表现的关键因素包括运输和化学品使用。氢氧化钠是控制pH值的必需品，它对化学品的影响高达 80% 。 此外，运输在碳足迹中占据了显著比例。该研究建议采取一些策略——如优化设施位置和用氢氧化镁等替代品取代氢氧化钠——这样可分别减少 53% 和 29% 的影响。

该生物炼油厂的碳足迹为每千克乙酸产生5.5至8.6千克二氧化碳，与其他生物基技术相当。然而，为了完全与石化工艺竞争，还需要进一步改进纯化过程。

这项研究强调了生物炼油厂在革新废弃物管理、减少环境影响和促进循环经济方面的潜力，标志着可持续生产系统迈出了重要的一步。

文章配图

图1  图片摘要

图2  污水污泥或厨余垃圾生物炼油厂的流程图。灰色阴影表示收集中试规模原始数据的边界。箭头的颜色与每台设备所使用的化学品有关。S1: 预处理和加水；S2: 发酵；S3：固液分离和VFAs预浓缩；S4：VFAs纯化；S5：固体部分消化

图3  在污水污泥和厨余垃圾方案中，产生1吨高值化废弃物（a）和1吨VFAs（b）时，每个设施部分的相对环境状况比较和贡献。CC: 气候变化；OD: 臭氧消耗；AC: 酸化；FE: 淡水富营养化；ME：海洋富营养化；WC：耗水量；FRS：化石资源稀缺；MRS：矿物资源稀缺。S1: 预处理和加水；S2: 发酵；S3：固液分离和VFAs预浓缩；S4：VFAs纯化；S5：固体部分消化

图4  在污水污泥和厨余垃圾方案中，产生1吨高值化废弃物（a）和1吨VFAs（b）在能源、化学、运输和排放方面的相对环境状况比较和贡献。CC: 气候变化；OD: 臭氧消耗；AC: 酸化；FE: 淡水富营养化；ME：海洋富营养化；WC：耗水量；FRS：化石资源稀缺；MRS：矿物资源稀缺

图5  将污水污泥或厨余垃圾运输到设施的敏感性分析。a, 1吨高值化废弃物和污水污泥情景；b, 1吨高值化废弃物和食物垃圾情景。CC: 气候变化；OD: 臭氧消耗；AC: 酸化；FE: 淡水富营养化；ME：海洋富营养化；WC：耗水量；FRS：化石资源稀缺；MRS：矿物资源稀缺

图6  发酵罐运行期间用于控制pH值的化学品的敏感性分析。a, 1吨高值化废弃物，方案为污水污泥 ，考虑基质运输；b, 1吨高值化废弃物，方案为污水污泥，无基质运输；c, 1吨高值化废弃物，方案为厨余垃圾，考虑基质运输；d, 1吨高值化废弃物，方案为厨余垃圾，无基质运输。CC: 气候变化；OD: 臭氧消耗；AC: 酸化；FE: 淡水富营养化；ME：海洋富营养化；WC：耗水量；FRS：化石资源稀缺；MRS：矿物资源稀缺

作者信息

Juan M. Lema，University of Santiago de Compostela（USC）化学工程荣誉教授、环境工程系主任、环境技术跨学科研究中心（CRETUS）科学协调员，加利西亚皇家科学院（Galician Royal Academy of Sciences）主席，国际水协会（IWA）杰出会士，曾任澳大利亚昆士兰大学和北京化工大学名誉教授。Lema教授撰写的论文和书籍章节共计450余篇（H指数为80），引用次数超过22,000次。Lema教授协调或参与了由欧盟（24项）、西班牙科技委员会（34项）和加利西亚大区政府（13项）设立的71个研究项目。Lema教授 曾获得多个奖项，如圣地亚哥德孔波斯特拉大学金质奖章（Golden Insignia of the University of Santiago de Compostela）、马丁内斯·莫雷诺创新奖（Martinez Moreno Award of Innovation）、巴利亚多利德大学化学工程金奖（Golden Medal of Chemical Engineering University of Valladolid）、巴布科克创新奖（Babcock Innovation Award）等。

Gumersindo Feijoo，University of Santiago de Compostela（USC）化学工程系教授，曾任化学工程系主任。Feijoo教授 参与了16个欧洲研究项目、2个与德国和以色列的综合行动、14个MINECO研发项目。主要研究领域为 酶催化； 酶反应器的开发和建模； 循环经济、生态设计、生态标签、生态效率和环境足迹等。

María Teresa Moreira，University of Santiago de Compostela（USC）化学工程系教授。Moreira教授 参与了由欧盟（13项）、西班牙政府（11项）、加利西亚政府（10项）和不同公司（28项）资助的多个科研项目。这些项目共发表了15篇博士论文、7项专利、24篇专著章节。Moreira教授共发表SCI期刊论文249篇， H指数为49。

Ander Castro-Fernandez，博士后，University of Santiago de Compostela（USC）化学工程系。专业领域为将有机废弃物转化为高附加值产品（尤其是挥发性脂肪酸）的生物工艺。

Sofía Estévez，化学工程师 ，University of Santiago de Compostela（USC）化学工程系。致力于将循环经济和可持续发展的概念与污水处理技术和工艺的设计和放大相结合。

Antón Taboada-Santos，化学工程师， 加利西亚Cetaqua公司。主要负责公共和私人资助项目的实施，以及这些项目在技术和经济方面的正确执行，重点是提高城市和工业废水的处理效率（降低运营成本和能源需求），以及回收城市有机废弃物（包括材料和能源）。

引用信息

Castro-Fernandez, A., Estévez, S., Lema, J. M., Taboada-Santos, A., Feijoo, G., & Moreira, M. T. (2025). Large-scale commercial-grade volatile fatty acids production from sewage sludge and food waste: A holistic environmental assessment. Environmental Science and Ecotechnology 23: 100518.

doi: 10.1016/j.ese.2024.100518

延伸阅读

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