【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海高等研究院研究員史吉平、劉莉團隊，在基于宏基因組學的餐廚垃圾多組分協同高溫厭氧消化產甲烷強化策略的機理研究方面取得進展。相關研究成果以Metagenomic characterization of the enhanced performance of multicomponent synergistic thermophilic anaerobic co-digestion of food waste utilizing kitchen waste or garden waste as co-substrate為題，發表在Water Research上。該研究探究了餐廚垃圾協同廚余垃圾(或園林垃圾)高溫厭氧共消化的產氣性能，確定了最佳的底物混配比例，并通過宏基因組學解析了底物協同厭氧消化機制，證實了共消化可以富集微生物菌群中的關鍵水解菌和嗜氫產甲烷菌，揭示了水解和產甲烷階段編碼關鍵酶的基因豐度的提高對強化產甲烷的促進作用，提供了一種基于優化微生物生境的低成本物料調配技術以提高甲烷產量。
我國實行垃圾分類后，產生的餐廚垃圾的低碳生物處理和資源化、能源化利用，對“無廢城市”建設等具有重要意義。厭氧消化產甲烷是目前餐廚垃圾處理的主流技術。然而，餐廚垃圾油脂和鹽分含量高、碳氮比低，導致厭氧消化過程中產氣率和生物轉化率低等技術瓶頸，亟待探尋低成本高效率的厭氧消化產甲烷技術。
針對上述問題，該團隊在餐廚垃圾高溫厭氧消化系統中添加廚余垃圾或者園林垃圾進行共消化，旨在調節底物C/N、pH值和難降解組分與易降解組分的比例，以減弱有害物質對微生物生長代謝的影響，防止過度酸敗和氨氮抑制，從而提高甲烷產量和有機物轉化率。研究表明，與單一餐廚垃圾組相比，最佳配比為餐廚垃圾：廚余垃圾=60:40以及餐廚垃圾：園林垃圾=80:20組的產氣量，分別提高了73.33%和68.45%。微生物群落結構組成分析顯示，共消化增加了優勢水解菌Defluviitoga和Hydrogenispora以及嗜氫產甲烷菌Methanoculleus的相對豐度。此外，與水解和產甲烷途徑相關的關鍵基因豐度在共消化組中得到了顯著提高。該研究利用不同有機固廢原料作為餐廚垃圾共消化底物加強厭氧消化產氣性能的策略，為有機固廢處理和生物能源生產提供了技術支持。
研究工作得到國家重點研發計劃“固廢資源化”專項“城鎮易腐有機固廢生物轉化與二次污染控制技術”的支持。
圖1. 餐廚垃圾高溫厭氧共消化提高產甲烷性能示意圖
圖2. 厭氧共消化對功能基因的影響
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