VK图显示了分子组成分布与生物降解性关联，原始DOM中仅有约10%的CHO化合物被降解，而CHON化合物表现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质素/CRAM和单宁区域，其O/C（0.3-0.8）和H/C（0.8-1.8）分布与上流式厌氧污泥床反应器相似，提示微生物代谢在DOM转化中起主导作用。160℃预处理显著提升DOM去除效率，29%的CHO和32%的CHON化合物被降解（图4e、4e）。这些被去除的化合物多具有低芳香性/极性的特征（高H/C、低O/C），对应蛋白质/氨基糖及不饱和烃类。而残留化合物的化学多样性增加（从1958种增至2236种），主要分布于低O/C和H/C区域，反映高温下污泥与食物垃圾的剧烈分解导致难降解组分占比上升。


200℃预处理后，61%的CHO化合物难以降解，其H/C和O/C值降低，且在蛋白质/氨基糖区域的分布减少。这归因于美拉德反应和深度分解产生的疏水/芳香性物质（低O/C、H/C），显著抑制生物降解性。尽管如此，AnMBR微生物仍能将多样化的DOM转化为相似终产物，表现为AD处理后DOM的O/C值上升、H/C值下降，揭示微生物对高氧化态化合物的优先降解偏好。针对溶解性有机物（DOMs）中富含木质素/CRAM结构的CHO和CHON分子，研究采用Kendrick质量缺陷（KMD）分析追踪其生物降解转化规律。


结果显示，污泥和食物垃圾中的DOM由大量-CH₂同系物构成，研究过程中，458种低名义碳氧化态（NOSC）的-CH₂同系物被完全去除，表明此类化合物具有更强的生物降解性。化合物分布呈现显著空间规律：被降解的分子集中分布于高碳数区域（C>15），而残留及新生成的化合物分散在低碳数区域（C<30）。这种分布特征表明，生物降解过程中木质素/CRAM类结构的CH₂基团逐渐减少，分子碳链发生断裂或重组。

图5 160℃THP及AD后DOMs中CHO与CHON分子Kendrick质量缺陷分析（KMD）-碳原子数分布图及局部放大区域


160℃和200℃处理的DOMs以Nx族为主，其中N2向N1的转变反映了AD过程中含氮有机物的分解及分子量降低。原始DOMs则以Ox族为主，经AD后氧原子数增加至每分子9个，表明CHO类有机物逐步转化为高氧或含氮化合物。在难降解分子中，517-616种相同分子在原料与消化液中呈现显著差异性。多酚类与高不饱和酚类化合物与THP温度呈正相关，而脂肪族化合物呈负相关。多酚类降解主要涉及苯环或侧链的氧化，但稳定共轭环结构会抑制完全矿化（如木质素衍生物）。脂肪族化合物与CHON类化合物对温度的相反相关性证实了美拉德反应的增强及还原糖参与的缩合反应，与表1中CHON含量上升一致。此外，消化液中CHO化合物的丰度异质性表明其降解能力优于CHON类顽固分子。

图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相关性分析


AnMBR消化液中的残留DOMs主要由木质素/CRAM和脂质/蛋白质结构组成，表明THP可能降低不稳定有机物（如脂质、蛋白质）浓度，但增加腐殖酸和脂质代谢产物。检测到苯系物、吡咯烷、吡啶等极性化合物及类黄酮、甾体等代谢物，其中吡咯烷（C20H34N4O7）及长链脂肪酸（如ω-羟基十八酸，C18H36O3）在200℃处理后的基质和消化液中均存在，其丰度仅轻微下降（8.87%→8.01%），表明AD可实现对难降解物质的部分降解，但需要延长更多的停留时间。

图7 THP温度对消化液DOMs组成的影响


本研究探讨了热水解预处理（THP）对污水污泥与餐厨垃圾共消化基质中溶解性有机物（DOMs）的影响及其对厌氧膜生物反应器（AnMBR）产甲烷性能的调控机制。研究发现：160℃处理显著提升DOMs丰度与化学多样性（SCOD达6.35±0.09 g/L，DOMs分子式数量达9031个），并促进AnMBR产甲烷峰值（182.7±18.9 mL/L/d，较初始生物质提升1.74倍）。200℃处理导致60.12%的DOMs为含氮难降解化合物（如呋喃、吡啶、吡嗪等美拉德反应产物），抑制系统效能。Kendrick质量缺陷（KMD）分析表明，低氧化态（NOSC）、高H/C和低O/C的-CH₂同系物更易被降解。THP通过调控微生物多样性，富集有机物降解菌（如拟杆菌门、厚壁菌门）和产甲烷菌（如甲烷丝状菌属、甲烷杆菌属），加速有机物代谢并提升甲烷产量。