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上海交大刘荣厚团队揭示产酸相气相产物利用对连续两相厌氧发酵产甲烷的影响

近日,上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心长聘教授刘荣厚团队在生态学/环境科学领域著名期刊《Water research》(SCI,中科院一区,Top期刊,影响因子为12.8)正式发表了题为“Comprehensive insights into the effects of acidogenic off-gas utilization on successive biogas production, microbial community structure and metabolite distribution during two-stage anaerobic digestion”( 两相厌氧发酵产酸相气相产物利用对后续产甲烷相沼气产生、微生物群落结构和代谢产物分布的影响)的研究论文。

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利用产酸产甲烷两相厌氧发酵技术能够有效解决餐厨垃圾厌氧发酵易失稳的问题,但产酸相气相产物在产甲烷相中再利用的作用及其机理尚需进一步探究。本研究基于自主研发的连续两相厌氧发酵系统,以餐厨垃圾作为主要发酵原料,与鸡粪和玉米秸秆共同发酵,将超过正常大气压的产酸相气相产物通过气体分布装置加入到产甲烷相发酵液中,探讨两相厌氧发酵中产酸相气相产物在产甲烷相中利用对产甲烷的影响及其机理。结果表明,产酸相气相产物的加入可使产甲烷相甲烷产量从435.2 mL/g VS增加到597.1 mL/g VS,提升了37.2%,并且将原料能量产率从9.0 kJ/g VS提高到11.3 kJ/g VS。加入产酸相气相产物后,发酵液中氨氮和丁酸的含量出现降低,表明厌氧发酵系统的稳定性得到提高。同时,产酸相气相产物的加入使得产甲烷相微生物群落多样性和丰富度均得到了提升,且互营氢营养型产甲烷作用得到加强。非靶向代谢组学分析结果表明,产酸相气相产物的利用显著上调了氨基酸代谢、其他次级代谢物的生物合成以及脂质代谢。结合对发酵液理化性质的测试,发现促进产甲烷相对蛋白质和脂类有机物的利用是甲烷产量增长的主要原因。本研究为两阶段厌氧发酵技术的发展提供了理论支撑。

本论文的通讯作者为上海交通大学农业与生物学院长聘教授刘荣厚。上海交通大学农业与生物学院博士生朱献濮和Dominic Yellezuome为论文的共同第一作者。论文合作者还包括上海交通大学农业与生物学院硕士生王曾真和刘栩薇。

该项研究工作得到国家重点研发计划项目(2021YFE0104600)的资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424006419

农业与生物学院
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