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2021-01-14
厭氧消化速率常受限于低酸化率和緩慢的互營代謝而引起的揮發(fā)酸累積。許多研究表明，在厭氧消化過程中添加導(dǎo)電材料可加快有機物轉(zhuǎn)化成甲烷。然而，對于不同導(dǎo)電材料促進厭氧消化不同階段性能的潛在機制仍有待研究。
中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所研究員朱葛夫研究團隊選擇活性炭（AC）和零價納米鐵（nZVI）作為導(dǎo)電材料，深入探討它們對產(chǎn)酸階段和全過程厭氧消化的影響，以及產(chǎn)酸過程和產(chǎn)甲烷過程的潛在聯(lián)系。研究表明，AC的添加促進了產(chǎn)酸過程中乳酸和丙酸的產(chǎn)生，nZVI的添加促進了產(chǎn)酸過程中甲酸、乙酸和H2的生成。全過程厭氧消化的結(jié)果表明，AC對甲烷的產(chǎn)生沒有促進效果，而nZVI則顯著提高了甲烷的產(chǎn)量。機制分析表明，活性炭由于其孔隙結(jié)構(gòu)富集了Trichococcus和norank_f_Bacteroidetes_vadinHA17，提高了參與乳酸和丙酸生成過程中的酶的活性。nZVI通過化學(xué)反應(yīng)釋放出的OH-緩沖了系統(tǒng)的pH，釋放出的Fe2+是多種氧化還原酶的關(guān)鍵元素。因此，nZVI顯著提高了甲酸生成過程中丙酮酸甲酸裂解酶的活性。此外，nZVI富集了以H2和甲酸為底物的氫型產(chǎn)甲烷菌，顯著增強了氫型產(chǎn)甲烷途徑。
相關(guān)研究成果以Deeper insights into effect of activated carbon and nano-zero-valent iron addition on acidogenesis and whole anaerobic digestion為題，發(fā)表在Bioresource Technology上，城市環(huán)境所碩士研究生王汝明為論文第一作者，朱葛夫為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金 、國家重點研發(fā)計劃項目的資助。
導(dǎo)電材料強化厭氧消化機理研究圖
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