聚丙烯酰胺介导的污泥脱水过程中胞外蛋白质过度絮凝的分子机制解析

本文揭示了聚丙烯酰胺（PAM）在污泥脱水过程中对松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）中蛋白质（PN）的分子级作用机制，通过光谱分析和多元统计方法，首次提出PN的C=O、N-H和O-H基团在过度絮凝中的关键作用，为优化污水处理工艺提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究首次从微观角度阐明了污泥脱水过程中PAM和EPS蛋白质（PN）的过度絮凝命运。采用深度共熔溶剂（DES）预处理促进PAM桥联，结合主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）等多变量技术，揭示了PAM投加量与EPS组成的关系，并评估了过量PAM对脱水污泥饼形态及PN结构变化的影响。

Impact of PAM dosage on sludge dewatering and key elements of EPS

图S3显示不同PAM投加量下污泥饼含水率变化，平均含水率维持在55%-60%之间，但仅凭含水率难以判断PAM过量。图1b-d通过线性回归分析表明，分子量指标（S_275-295和S_350-400）与PAM剂量呈显著相关性——随着PAM增加，小分子PN片段先增后减，而大分子PN片段同步减少，暗示过度絮凝导致PN解聚-再聚集的动态平衡被打破。

Conclusion

本研究确立了PAM过量投加的PN关键指标：荧光指数（S_275-295和S_350-400）、PN疏水性及分子聚集态与PAM剂量存在定量关联。多元分析证实，过量PAM会阻碍腐殖酸-蛋白质（HA-PN）复合物的聚集沉降。光谱数据进一步揭示，PAM过量时C=O和N-H基团通过氢键驱动PN-PN相互作用，而O-H基团则调控PN疏水性，这一发现为污泥脱水工艺优化提供了分子级理论支撑。