导语
面对全球农业与环保领域的双重挑战，如何将有机废弃物转化为高附加值资源，一直是科学界的研究热点。近日，清华大学环境学院的研究团队在《环境科学与工程前沿》发表了一项突破性成果：通过玉米秸秆与污水污泥的共同水热腐殖化技术，成功制备出高氮含量的腐殖酸（HHA）。这一技术不仅解决了农业废弃物和市政污泥的处理难题，还实现了资源的高效循环利用，为绿色农业和土壤修复提供了新思路。

变废为宝：从“垃圾”到“黄金”的关键技术

腐殖酸（Humic Acid, HA）是土壤、海洋和河流中广泛存在的天然有机物质，具有促进植物生长、修复污染土壤、增强土壤保水性等重要作用。然而，传统腐殖酸依赖煤炭等不可再生资源提取，效率低且破坏环境。研究团队另辟蹊径，选择玉米秸秆（富含有机碳）和污水污泥（富含氮元素）作为原料，利用水热腐殖化技术，模拟地球地壳的高温高压环境，将两类废弃物转化为高价值的富氮腐殖酸（HHA）。

水热腐殖化的核心在于两步反应：

1. 酸性水热碳化：玉米秸秆与污泥在180℃、稀盐酸环境下反应4小时，生成中间产物“水热炭”（Hydrochar）。
2. 碱性水热腐殖化：水热炭在碱性条件下进一步反应，最终提取出液态腐殖酸（HHA）。

研究团队对比了两种混合模式：

• 模式一：玉米秸秆与污泥直接共同碳化，再进行碱性处理。
• 模式二：玉米秸秆先单独碳化，所得水热炭再与污泥混合处理。

结果显示，两种模式的HHA产量相近，但模式一的HHA氮含量几乎是模式二的两倍（最高达3.8 wt%），且含有更多钙、钾、镁等有益金属元素。

为何模式一更胜一筹？氮固定与协同反应是关键

污水污泥的氮含量（2-6 wt%）远高于玉米秸秆（0.4 wt%），但传统方法难以将污泥中的氮高效固定在腐殖酸中。研究发现，共同水热碳化过程触发了“美拉德反应”（一种非酶褐变反应），促使污泥中的氮与玉米秸秆的碳骨架结合，形成稳定的含氮结构（如酰胺、吡咯等）。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，模式一的HHA中，吡咯/酰胺类氮占比高达64.6%，显著提升了氮的利用率。

此外，污泥的高灰分（52.4 wt%）虽然会略微降低HHA产率，但其丰富的无机成分（如硅、铁）反而增强了腐殖酸的稳定性。研究还证实，HHA中重金属含量远低于国家限值，铅、汞、镉等有害元素几乎未检出，完全符合农业应用的安全标准。

环保与经济效益双赢：一吨污泥可产150公斤腐殖酸

当前，全球每年产生数亿吨玉米秸秆和污水污泥，传统处理方式（填埋、焚烧）不仅占用土地，还会释放温室气体。此项技术的推广可实现“以废治废”：

• 每吨玉米秸秆与污泥混合物可生产15-35%的HHA，按污泥占比50%计算，1吨污泥可产出约150公斤腐殖酸。
• HHA可直接用于土壤改良，替代化肥，减少氮流失，提升作物产量。
• 污泥中的硅、钾等元素随HHA进入土壤，进一步促进植物生长。

研究团队指出，模式一的技术路线更适用于工程化应用。其优势在于：

1. 高效处理污泥：直接混合处理可减少预处理步骤，降低能耗。
2. 资源最大化：相同原料下，模式一的HHA氮含量更高，附加值提升。

未来展望：从实验室走向田间地头

目前，该技术已通过小规模实验验证，下一步将推动中试和产业化应用。研究负责人卢文静教授表示：“这项技术不仅为农业提供了绿色肥料，还为城市污泥找到了可持续出路。未来，我们计划与环保企业合作，开发模块化水热反应装置，让技术更快落地。”

随着全球对循环经济和碳中和的重视，玉米秸秆与污泥的“协同转化”模式有望成为有机废弃物资源化的标杆。这项来自中国科学家的创新成果，正为全球环境治理与农业可持续发展注入新动力。

结语
从无人问津的农业秸秆和市政污泥，到富含氮元素的“黑色黄金”，水热腐殖化技术展示了科技赋能环保的无限可能。这项研究不仅破解了废弃物处理的困局，更开辟了一条资源循环利用的新路径——让垃圾成为滋养土地的宝藏，或许正是未来绿色地球的答案。

来源: FESE Message