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磷酸氯喹胁迫污泥与餐厨垃圾厌氧共消化机制及SHAP分析

收稿日期:2026-02-02 修回日期:2026-03-23 接受日期:2026-03-25

DOI:10.20078/j.eep.20260320

摘要:污泥与餐厨垃圾的厌氧共消化是实现有机固废资源化的重要途径,而药物活性化合物的大量检出对该系统的稳定运行构成潜在威胁。本研究针对药物活性化合物磷酸氯喹(Chloroquine Phosphate, CQ)的环境残留风险,系统探究了其浓度梯度(... 展开+
摘要:污泥与餐厨垃圾的厌氧共消化是实现有机固废资源化的重要途径,而药物活性化合物的大量检出对该系统的稳定运行构成潜在威胁。本研究针对药物活性化合物磷酸氯喹(Chloroquine Phosphate, CQ)的环境残留风险,系统探究了其浓度梯度(0~25 mg/L)对厌氧消化性能的影响与微生物响应机制。结果表明,CQ对产甲烷作用呈现双向浓度效应:低浓度(≤5 mg/L)促进甲烷产量(最高提升5.2%)及有机物去除;而高浓度(≥15 mg/L)则显著抑制产甲烷性能(降幅达25%~34%)和底物利用。胁迫解除后,系统各项功能可完全恢复,表明微生物群落具备良好抗性与代谢韧性。机制分析发现,CQ胁迫引起挥发性脂肪酸谱图改变、胞外聚合物(EPS)分泌呈先增后减趋势(5 mg/L时紧密粘附EPS(TB-EPS)峰值达39.76 mg/g VS,25 mg/L时降至12.69 mg/g VS),并激发抗氧化酶活性以缓解氧化应激(超氧化物歧化酶(SOD)活性在10 mg/L时达峰值20.21 U/mL,过氧化氢酶(CAT)活性随CQ浓度升高持续增强至14.89 U/mL)。面对上述多源特征参数间复杂的非线性交互关系,引入机器学习SHAP算法对关键驱动因子进行可解释性解析。SHAP算法在17项输入参数中精准识别出溶解性化学需氧量(SCOD)为首要关键因子,揭示了CQ胁迫通过抑制有机底物利用(导致SCOD积累)而非CQ直接毒性来抑制产甲烷效能的间接抑制机制。综上,该研究阐明了CQ影响污泥与餐厨垃圾厌氧共消化过程的剂量依赖性及其潜在酶调控机制,为可解释性机器学习应用于药物残留风险评估提供了示范。 收起-

作者:

  • 张淑婷1
  • 戴子俊1
  • 陆雪琴1
  • 胡维杰2
  • 王骋原3
  • 周友飞2
  • 卓桂华4
  • 陈远锋4
  • 郭世鸿4
  • 甄广印1,5,*

作者简介

第一作者:张淑婷(2000—),女,山西太原人,硕士研究生,主要研究方向为有机固废生物转化。E-mail:zst836589957@163.com
*通讯作者:甄广印(1984—),男,河南原阳人,教授,主要研究方向为有机固废生物转化。E-mail:zhenguangyin@163.com

单位

  • 1.华东师范大学 生态与环境科学学院
  • 2.上海市政工程设计研究总院集团有限公司
  • 3.河南师范大学 生命科学学院
  • 4.福建省环境科学研究院
  • 5.上海污染控制与生态安全研究院

关键字

  • 污水污泥
  • 餐厨垃圾
  • 磷酸氯喹
  • 厌氧共消化
  • SHAP分析

基金项目

国家自然科学基金面上资助项目(52570157); 上海市自然科学基金项目面上资助项目(25ZR1401109); 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司资助项目(K2025K505); 福建省科技计划项目-公益类科研院所专项(2025R1015005)

引用格式

张淑婷, 戴子俊, 陆雪琴, 胡维杰, 王骋原, 周友飞, 卓桂华, 陈远锋, 郭世鸿, 甄广印. 磷酸氯喹胁迫污泥与餐厨垃圾厌氧共消化机制及SHAP分析[J/OL]. 能源环境保护: 1-12[2026-04-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260320.

ZHANG Shuting, DAI Zijun, LU Xueqin, HU Weijie, WANG Chengyuan, ZHOU Youfei, ZHUO Guihua, CHEN Yuanfeng, GUO Shihong, ZHEN Guangyin. Mechanisms and SHAP Analysis of Anaerobic Co-digestion of Sewage Sludge and Food Waste Under Chloroquine Phosphate Stress[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-12[2026-04-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260320.

ZHANG Shuting, DAI Zijun, LU Xueqin, HU Weijie, WANG Chengyuan, ZHOU Youfei, ZHUO Guihua, CHEN Yuanfeng, GUO Shihong, ZHEN Guangyin. Mechanisms and SHAP Analysis of Anaerobic Co-digestion of Sewage Sludge and Food Waste Under Chloroquine Phosphate Stress[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-12[2026-04-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260320.

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