VK圖顯示了分子組成分布與生物降解性關(guān)聯(lián)，原始DOM中僅有約10%的CHO化合物被降解，而CHON化合物表現(xiàn)出更高的生物降解性（42%被去除）。新生成的CHO和CHON化合物主要富集在木質(zhì)素/CRAM和單寧區(qū)域，其O/C（0.3-0.8）和H/C（0.8-1.8）分布與上流式厭氧污泥床反應(yīng)器相似，提示微生物代謝在DOM轉(zhuǎn)化中起主導(dǎo)作用。160℃預(yù)處理顯著提升DOM去除效率，29%的CHO和32%的CHON化合物被降解（圖4e、4e）。這些被去除的化合物多具有低芳香性/極性的特征（高H/C、低O/C），對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)/氨基糖及不飽和烴類。而殘留化合物的化學(xué)多樣性增加（從1958種增至2236種），主要分布于低O/C和H/C區(qū)域，反映高溫下污泥與食物垃圾的劇烈分解導(dǎo)致難降解組分占比上升。

200℃預(yù)處理后，61%的CHO化合物難以降解，其H/C和O/C值降低，且在蛋白質(zhì)/氨基糖區(qū)域的分布減少。這歸因于美拉德反應(yīng)和深度分解產(chǎn)生的疏水/芳香性物質(zhì)（低O/C、H/C），顯著抑制生物降解性。盡管如此，AnMBR微生物仍能將多樣化的DOM轉(zhuǎn)化為相似終產(chǎn)物，表現(xiàn)為AD處理后DOM的O/C值上升、H/C值下降，揭示微生物對(duì)高氧化態(tài)化合物的優(yōu)先降解偏好。針對(duì)溶解性有機(jī)物（DOMs）中富含木質(zhì)素/CRAM結(jié)構(gòu)的CHO和CHON分子，研究采用Kendrick質(zhì)量缺陷（KMD）分析追蹤其生物降解轉(zhuǎn)化規(guī)律。

結(jié)果顯示，污泥和食物垃圾中的DOM由大量-CH?同系物構(gòu)成，研究過程中，458種低名義碳氧化態(tài)（NOSC）的-CH?同系物被完全去除，表明此類化合物具有更強(qiáng)的生物降解性。化合物分布呈現(xiàn)顯著空間規(guī)律：被降解的分子集中分布于高碳數(shù)區(qū)域（C>15），而殘留及新生成的化合物分散在低碳數(shù)區(qū)域（C<30）。這種分布特征表明，生物降解過程中木質(zhì)素/CRAM類結(jié)構(gòu)的CH?基團(tuán)逐漸減少，分子碳鏈發(fā)生斷裂或重組。

圖5 160℃THP及AD后DOMs中CHO與CHON分子Kendrick質(zhì)量缺陷分析（KMD）-碳原子數(shù)分布圖及局部放大區(qū)域

160℃和200℃處理的DOMs以Nx族為主，其中N2向N1的轉(zhuǎn)變反映了AD過程中含氮有機(jī)物的分解及分子量降低。原始DOMs則以O(shè)x族為主，經(jīng)AD后氧原子數(shù)增加至每分子9個(gè)，表明CHO類有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)化為高氧或含氮化合物。在難降解分子中，517-616種相同分子在原料與消化液中呈現(xiàn)顯著差異性。多酚類與高不飽和酚類化合物與THP溫度呈正相關(guān)，而脂肪族化合物呈負(fù)相關(guān)。多酚類降解主要涉及苯環(huán)或側(cè)鏈的氧化，但穩(wěn)定共軛環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)抑制完全礦化（如木質(zhì)素衍生物）。脂肪族化合物與CHON類化合物對(duì)溫度的相反相關(guān)性證實(shí)了美拉德反應(yīng)的增強(qiáng)及還原糖參與的縮合反應(yīng)，與表1中CHON含量上升一致。此外，消化液中CHO化合物的豐度異質(zhì)性表明其降解能力優(yōu)于CHON類頑固分子。

圖6原始DOMs（a）、160℃（b）及200℃（c）DOMs Nx和Ox分布；原料中CHO（d）和CHON（e）及消化液中CHO（f）和CHON（g）化合物的Person相關(guān)性分析

AnMBR消化液中的殘留DOMs主要由木質(zhì)素/CRAM和脂質(zhì)/蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，表明THP可能降低不穩(wěn)定有機(jī)物（如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)）濃度，但增加腐殖酸和脂質(zhì)代謝產(chǎn)物。檢測(cè)到苯系物、吡咯烷、吡啶等極性化合物及類黃酮、甾體等代謝物，其中吡咯烷（C20H34N4O7）及長(zhǎng)鏈脂肪酸（如ω-羥基十八酸，C18H36O3）在200℃處理后的基質(zhì)和消化液中均存在，其豐度僅輕微下降（8.87%→8.01%），表明AD可實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解物質(zhì)的部分降解，但需要延長(zhǎng)更多的停留時(shí)間。

圖7 THP溫度對(duì)消化液DOMs組成的影響

本研究探討了熱水解預(yù)處理（THP）對(duì)污水污泥與餐廚垃圾共消化基質(zhì)中溶解性有機(jī)物（DOMs）的影響及其對(duì)厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）產(chǎn)甲烷性能的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：160℃處理顯著提升DOMs豐度與化學(xué)多樣性（SCOD達(dá)6.35±0.09 g/L，DOMs分子式數(shù)量達(dá)9031個(gè)），并促進(jìn)AnMBR產(chǎn)甲烷峰值（182.7±18.9 mL/L/d，較初始生物質(zhì)提升1.74倍）。200℃處理導(dǎo)致60.12%的DOMs為含氮難降解化合物（如呋喃、吡啶、吡嗪等美拉德反應(yīng)產(chǎn)物），抑制系統(tǒng)效能。Kendrick質(zhì)量缺陷（KMD）分析表明，低氧化態(tài)（NOSC）、高H/C和低O/C的-CH?同系物更易被降解。THP通過調(diào)控微生物多樣性，富集有機(jī)物降解菌（如擬桿菌門、厚壁菌門）和產(chǎn)甲烷菌（如甲烷絲狀菌屬、甲烷桿菌屬），加速有機(jī)物代謝并提升甲烷產(chǎn)量。