馬佳瑩，魏華煒，蘇應(yīng)龍，顧聞超，汪冰寒，謝 冰

（1.華東師范大學生態(tài)與環(huán)境科學學院上海有機固廢生物轉(zhuǎn)化工程技術(shù)研究中心，上海 200241；2. 華東師范大學生態(tài)與環(huán)境科學學院 上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點實驗室，上海200241；3.華東師范大學納光電集成與先進裝備教育部工程研究中心，上海 200241；4.上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092）

譯者： 馬佳瑩；審查： 謝 冰；單位： 華東師范大學生態(tài)與環(huán)境科學學院

1 研究亮點

*粉末活性炭（PAC） 提高甲烷生產(chǎn)力的能力優(yōu)于顆?；钚蕴浚℅AC）；

*PAC 通過加速揮發(fā)性脂肪酸（VFAs） 消耗顯著緩解酸化現(xiàn)象；

*PAC 促進參與VFAs 消耗和直接種間電子傳遞過程微生物的富集；

*GAC 和PAC 均促進氫營養(yǎng)型和乙酸營養(yǎng)型途徑。

2 背景

隨著我國社會經(jīng)濟和城市化進程的快速發(fā)展，特別是實行垃圾分類以來，城市有機固廢（餐飲和廚余垃圾） 清運量迅速增長。餐飲和廚余垃圾的主要特點是有機物含量高、含水率高，極易變質(zhì)、腐爛，若處理不當會造成資源浪費和環(huán)境污染等問題。厭氧消化不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有機固廢的穩(wěn)定化，還可產(chǎn)生生物氫和甲烷，實現(xiàn)能源回收。將餐飲和廚余垃圾聯(lián)合的厭氧共消化能夠同時實現(xiàn)兩種廢棄物的資源化處理，還能夠促進甲烷產(chǎn)生量提升。然而當系統(tǒng)中有機物含量過高時，VFAs 快速積累導(dǎo)致pH 下降，從而影響厭氧消化產(chǎn)甲烷穩(wěn)定性和效率。碳基材料（如PAC/GAC） 能夠促進微生物生長和直接電子傳遞，以加速VFAs 降解，縮短產(chǎn)甲烷滯后期。然而，碳基材料對甲烷產(chǎn)生過程和其誘導(dǎo)的直接電子傳遞機制的研究尚缺少。因此，本研究比較了兩種不同粒徑的活性炭對有機固廢厭氧共消化的影響。

3 研究方法

在小試反應(yīng)器中進行餐廚垃圾與果蔬垃圾批式中溫厭氧共消化，反應(yīng)開始前添加不同劑量（5 g/L 和10 g/L） 的GAC 和PAC。厭氧共消化共進行85 d，過程中測定產(chǎn)氣、VFAs 和消化液性質(zhì)，通過高通量和宏基因組測序分析厭氧消化穩(wěn)定期微生物群落結(jié)構(gòu)和甲烷代謝途徑。

4 主要研究結(jié)果

兩種劑量的GAC 和PAC 添加均能夠提高甲烷產(chǎn)生量，并縮短產(chǎn)甲烷滯后期，且PAC 的提升效果優(yōu)于GAC。最高累積甲烷產(chǎn)生量和最短產(chǎn)甲烷滯后期在5 g/L PAC 和10 g/L PAC 組得到，相比于對照組分別增加了22.0%和縮短了62.5%。PAC 通過顯著加速VFAs 的消耗緩解酸化，從而促進甲烷產(chǎn)生。PAC 促進互營VFAs 氧化細菌（Gelria 和Syntrophomonas） 以及與種間直接電子傳遞相關(guān)的微生物（Geobacter 和Methanosarcina） 的富集，以加速VFAs 消耗。宏基因組學分析表明，GAC 和PAC 均可能通過充當電橋來促進微生物間的電子傳遞，并增強氫營養(yǎng)型和乙酸營養(yǎng)型甲烷產(chǎn)生。

5 結(jié)論與展望

本研究發(fā)現(xiàn)PAC 提高厭氧共消化甲烷產(chǎn)生的表現(xiàn)顯著優(yōu)于GAC。PAC 通過改善微生物群落和促進物質(zhì)和電子傳遞，促進甲烷化代謝過程。未來可進一步關(guān)注PAC 對有機固廢連續(xù)厭氧消化過程VFAs 降解和甲烷代謝的影響，以應(yīng)用于高有機負荷下酸化危機的解除和甲烷產(chǎn)生的提升。