随着我国城镇污水处理能力的大幅提高,污水处理副产物——剩余污泥已成为中国固废治理的一大难题。一方面,污泥中包含大量易腐化有机物、病原微生物、寄生虫卵、重金属等污染物,若不妥善处理极易腐烂发臭,造成环境污染并引发公共卫生危机。另一方面,污泥处理费用较高,占污水处理厂总费用的60%,造成我国普遍存在“重水轻泥”现象,违规倾倒事件频发。因此急需寻找一条经济高效资源化的污泥处理处置技术来消纳大量的城市污泥。剩余污泥预处理能在一定程度上改善污泥的性质,为后续资源化利用创造条件。但以热解、冻融、微波、超声为主的物理法和投加碱和臭氧的化学法都存在能耗大,操作复杂等缺点。生物酶法凭借其易控制,经济高效,无污染而具有优势,但是其在复杂条件下易失活则限制了其应用。因此,仿生酶污泥预处理逐渐受到了研究者的关注。细胞色谱P450单加氧酶作为一类广泛参与动植物体内能量代谢的氧化还原酶,以其为模型而合成的金属卟啉仿生酶在温和条件下实现碳氢化合物C-H键氧化活化已成为仿生化学领域非常吸引人的工作。同时其在环境领域特别是光催化领域已成为近十年来的研究热点,包括光催化降解工业染料、多环芳烃、多氯苯酚以及木质素等。考虑其强氧化还原活性及对有机物的催化活性,本文尝试将铁卟啉仿生酶作为催化剂来对剩余污泥的进行预处理,达到强化污泥水解和实现其减量化和稳定化的目的。本研究以四氨基苯基卟啉为母体,通过铁盐置换和高温回流合成了四氨基苯基铁卟啉Fe(TAPP)Cl,并将其溶于无水乙醇制备得到铁卟啉仿生酶。然后通过紫外可见光表征确定铁离子成功固定卟啉大环共轭平面中心。考察了铁卟啉仿生酶对剩余污泥水解的影响,与空白试验相比,铁卟啉配合物作为仿生酶能明显改善污泥的水解。过氧化氢不是必要的氧源。预处理过程中,氨氮(NH4+-N)和还原糖(RS)的浓度几乎都有所增加,说明污泥中的蛋白质和多糖得到了有效的分解。实验结果表明,在最佳处理条件下,VSS去除率、SCOD/TCOD、NH4+-N 和 RS 浓度分别为 38.4%、65.3%、215.9mg/L 和 65.9 mg/L。该仿生酶的最佳处理时间为7 h,最佳反应温度为40℃,最佳铁卟啉投加量为1%污泥体积。因此,铁卟啉仿生酶应用于城市剩余污泥是一种合适的污泥生物预处理方法。通过三维荧光光谱、红外光谱、扫描电镜确定了铁卟啉仿生酶在促进污泥厌氧水解中的作用,发现了污泥EPS和DOM间物质转化规律,反应过程中产生或分解的化学键和官能团变化规律,以及污泥微观表面结构变化。进而在此基础上提出了铁卟啉仿生酶强化污泥水解过程的潜在机理。