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吕　凡，刘　洋，邵立明，何品晶

（同济大学固体废物处理与资源化研究所，上海　）

译者：刘　洋；审查：吕　凡；单位：同济大学固体废物处理与资源化研究所

论文来源：AppliedEnergy.,,-.Powderedbiochardoubledmicrobialgrowthinanaerobicdigestionofoil.DOI:10./j.apenergy..04.

固体废物；油脂厌氧消化；生物炭；粒径；温度；酶活性

粉末生物炭可使中温反应器的微生物数量增长两倍；

生物炭能有效缓解高温反应器的丙酸积累；

颗粒生物炭可使中温反应器的甲烷产量提升32.5%；

粉末生物炭可使高温反应器的甲烷产量提升13.3%。

油脂厌氧降解的主要中间产物为长链脂肪酸（long-chainfattyacid,LCFA），LCFA会对厌氧微生物产生抑制，导致反应器产甲烷效率下降。具体而言，LCFA会吸附于微生物细胞膜表面，影响细胞膜输送物质的能力，抑制其代谢，进而影响微生物的生长。此外，LCFA还会与消化液中的Ca2+/Mg2+结合，生成沉淀或者浮沫，从反应器中流失，导致底物转化效率降低。如何缓解LCFA对微生物的抑制作用、避免LCFA流失是提高油脂厌氧消化效率的关键。相当数量的研究已发现，作为厌氧消化过程的添加剂，生物炭既可缓解氨和挥发性脂肪酸的抑制效应，还能促进微生物富集，起到驯化的作用。但是，还没有试验证实生物炭能否缓解油脂厌氧消化过程中的LCFA抑制；并且，该过程的主要影响因素及生物炭的作用机制也尚不明晰。

研究评估了不同反应温度条件下，生物炭颗粒粒径对油脂厌氧消化过程的影响规律。本研究使用了两种不同粒径的生物炭：颗粒生物炭（0.5~1.0mm）和粉末生物炭（＜5μm）；油脂厌氧消化温度分别设置为高温（55℃）和中温（35℃）。以气相（甲烷产量）和液相（溶解性有机碳、有机酸、水解酶活性）理化指标来评估不同工况的消化情况，以微生物群落多样性与总量揭示温度和生物炭对微生物群落结构及空间分布的影响，并据此探讨影响机制。

各个生物炭试验组均表现出对油脂厌氧消化过程的促进作用。粉末生物炭能均匀地分散在消化液中，并且具有更高的比表面积，能为微生物提供更多附着位点，使微生物能富集在炭表层，与之松散或紧密结合；在中温条件下，粉末生物炭的促进作用最明显，与降解LCFA相关的微生物总量提升了.9%；经生物炭选择性富集后的微生物也更易于接种操作，因此，具有良好的应用前景。同样在中温条件下，颗粒生物炭则能显著提升最终甲烷产量，达32.5%。LCFA-Ca聚合体形成于颗粒生物炭表面，在经过一段适应期后，生物炭表面结合的功能微生物能高效降解聚合体，从而提升甲烷产量。而在高温条件下，粉末生物炭通过提高栖热粪杆菌等高效功能细菌的丰度，可使脂肪水解酶的活性保持在较高水平，将最终甲烷产量提高了13.3%。此外，不论何种粒径的生物炭，在高温条件下均能有效缓解反应器内的丙酸累积，使其快速降解，转化成甲烷。

根据上述研究结果，可知生物炭能有效应对油脂厌氧消化反应器中的LCFA抑制问题，提高甲烷转化效率和反应器稳定性。生物炭通过富集微生物、促进LCFA聚合体降解和丙酸降解等途径实现其效果。但是，生物炭的粒径及适用温度应根据使用需求来确定。

作者简介：吕凡（—），研究员，博士，主要从事固体废物处理与资源化研究。已发表第一和通信作者期刊论文77篇。

E-mail:lvfan.rhodea