全球对食品需求的不断增长推动了食品加工业的持续扩张，导致农业综合企业产生的废物量不断增加。2024年，巴西成为全球第三大鸡肉生产国，总产量达到1490万吨，仅次于美国（2138.4万吨）和中国（1500万吨）。然而，巴西在鸡肉出口方面排名世界第一，出口量约为529万吨。巴拉那州仍是该国主要的家禽加工中心，占巴西家禽屠宰总量的39.39%，并贡献了全国42.10%的出口量[1]。
家禽屠宰和肉类加工业由于需要清洗和冷却产品，因此耗水量巨大[2]。该行业产生的废水含有大量有机物，每只鸡的用水量根据所用设备不同而介于15至30升之间[3]。根据Habchi等人的研究[4]，屠宰场废物成分复杂，包含蛋白质、脂质和碳水化合物等物质，以及氨等有毒化合物。这种复杂性使得处理变得困难，需要专门的工艺来降低有机负荷。
该行业在液态废水处理过程中产生的主要有机废物是浮选污泥（FS），它是在物理化学浮选系统中产生的；另一种是来自活性污泥（WAS）系统的过剩污泥。Wang等人[5]对美国家禽屠宰场产生的废物进行了质量平衡分析，发现每只鸡产生的浮选污泥量为0.52千克，是所有分析废物中体积最大的。
浮选污泥含有高浓度的油脂（12至34 g L−1）、总固体（40至60 g L−1）和总氮（0.65至1.3 g L−1），这些成分来源于屠宰场废水[6]。这种组成是由于其中含有肉块、微量血液和脂肪，以及工业清洗过程中使用的洗涤剂和消毒剂[7,8]。传统的浮选污泥处理方法包括煮沸、脱水并通过第三方公司进行堆肥，但这会导致较高的运输和处理成本。也研究了浮选污泥的替代处理方式，例如与木屑在锅炉中共同燃烧[9]或制成砖块[10]。然而，这些替代方案尚未得到广泛采用，主要是由于担心废物中的化学成分和高水分含量会导致设备腐蚀。过剩活性污泥（WAS）通常通过脱水处理或储存在池塘中，以便后续堆肥。
文献中提到，浮选污泥的厌氧单独消化会导致反应器酸度升高，这是由于氨[11]、短链脂肪酸（SCFAs）和长链脂肪酸（LCFAs）的积累[12]所致，这些物质可能会部分甚至完全抑制产甲烷古菌[13]的活性。
相反，建议将富含脂质的废物与第二种碳源共同消化，以优化沼气产量、提高过程稳定性和效率，并防止抑制作用，特别是通过改善整体C/N比来平衡微生物活性，从而减少抑制性中间产物的积累[14][15][16]。Bao等人[17]评估了高固体废物的厌氧共消化，观察到微生物群落动态的变化，强调共消化协同作用有助于克服营养不平衡问题。
活性污泥（WAS）的共消化在文献中已有大量研究，许多研究探讨了不同的共底物以增强其能源回收潜力。例如，WAS与牛和猪屠宰场废物[18]、油脂（FOG）和绿色废物（GW）[19]、家禽屠宰场残渣（如内脏和不可食用肉类[20]、废水处理产生的脂肪[22]以及猪加工产生的脂肪污泥[11]的共消化。然而，在所有研究中，所使用的活性污泥残渣均来自市政废水处理厂。
因此，在现场共消化这些残渣是一种技术上具有吸引力的策略，可以降低运输和处置浮选污泥的高成本。需要强调的是，本研究中评估的浮选污泥是物理化学浮选后直接产生的新鲜残渣，未经煮沸或脱水等常规后处理步骤，从而省去了工业实践中常用的单元操作。然而，这种材料的高脂质含量可能会对厌氧消化产生抑制作用，这进一步强调了与其活性污泥共同消化的必要性。迄今为止，还没有系统研究过来自同一工业设施的浮选污泥和活性污泥的共消化，尤其是在保持原始残渣特性的条件下。这一知识空白限制了对实际操作条件下过程性能的理解。本文通过评估这些残渣的现场共消化，为这一综合方法在工业应用中的代谢响应和实际可行性提供了新的见解。
因此，本研究旨在评估在连续搅拌罐反应器（CSTR）中，增加浮选污泥浓度与活性污泥共消化对沼气和甲烷产量以及有机负荷去除率的影响，重点关注这种废物的能源回收潜力。
