农生智慧 | 刘荣厚教授团队揭示有机负荷率对两阶段厌氧发酵系统产气、酶活及微生物群落结构的影响

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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研究团队在环境工程领域知名期刊《Chemical Engineering Journal》（SCI，中科院一区，Top期刊，影响因子为15.1）正式发表了题为“Effects of organic loading rate on hydrogen and methane production in a novel two-stage reactor system: performance, enzyme activity and microbial structure”（有机负荷率对新型产氢产甲烷两阶段厌氧发酵系统产气、酶活及微生物群落结构的影响）的研究论文。

产氢产甲烷两阶段厌氧发酵系统能够有效处理有机废弃物，而有机负荷率是影响其处理效率的重要参数之一。该文章基于自研发的新型产氢产甲烷两阶段厌氧发酵系统，使用餐厨垃圾、鸡粪和玉米秸秆为混合发酵原料，探究了有机负荷率提升对关键酶活、电子传递系统和微生物群落的影响。结果表明，该发酵系统的产氢和产甲烷能力随着有机负荷率的提高而提升，在有机负荷率为8 g VS/L d时，容积产氢能力和容积产甲烷能力均达到了690 mL/L/d，这比有机负荷为1.5 g VS/L d-6 g VS/L d时提高了30%-97%。然而， 在有机负荷为4 g VS/L d时，甲烷产率达到最高，为535 mL/g VS，这与其较高的辅酶F420活力相对应。尽管电子传递系统活性在产氢阶段并不随有机负荷提升而出现明显变化，但产甲烷阶段的电子传递系统活性随着有机负荷提升而明显降低，这说明有机负荷的提升会减弱微生物间互营作用。微生物群落分析结果表明，在提高有机负荷时，产酸菌和产乙酸菌的丰富度有明显提升，这有利于实现产酸反应和产甲烷反应之间的平衡。进而，论证了互营产甲烷作用在高有机负荷率厌氧发酵系统将得到强化，可为产氢产甲烷两阶段厌氧发酵技术处理高有机负荷率有机废弃物的发展及应用提供有价值的参考。

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Dominic Yellezuome和朱献濮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刘栩薇，嘉兴学院的孙辰副教授，埃及艾斯尤特大学的Mohamed Hemida Abd-Alla教授，埃及苏伊士大学的Abdel-Hamied M. Rasmey副教授。该项研究工作得到国家重点研发计划项目（2021YFE0104600）的资助。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723067876

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上海交通大学农业与生物学院

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