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在厌氧消化（AD）过程中，高浓度长链脂肪酸（LCFA）会抑制微生物代谢，阻碍餐厨垃圾厌氧处理。研究人员添加水热炭调节 AD 系统，发现其显著提升 37.2% 甲烷产量，为理解水热炭作用机制提供依据，助力厌氧处理实际应用。
随着全球经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产生量与日俱增。这些餐厨垃圾含有大量的有机物和水分，如果处理不当，就会像一颗 “定时炸弹”，随时引发环境污染问题。而厌氧消化（Anaerobic Digestion，AD）技术，作为一种环保又高效的处理方式，能让厌氧微生物将餐厨垃圾中的有机物转化为甲烷，实现资源的再利用。
但这项技术在实际应用中却遭遇了 “拦路虎”。餐厨垃圾中富含的脂质在水解后会产生大量长链脂肪酸（Long-Chain Fatty Acids，LCFA），LCFA 的厌氧消化是产甲烷过程的限速步骤，其在反应器中的大量积累会抑制微生物的代谢活动，严重时甚至会导致整个反应器 “罢工”，这使得餐厨垃圾的厌氧消化效率大打折扣。此前，虽然有不少研究尝试通过添加各种物质来提高富含 LCFA 的有机废物的甲烷生产效率，但大多是基于批次实验，对于长期适应 LCFA 的厌氧反应器的稳定性研究较少，而且在连续流厌氧反应器中，缓解 LCFA 抑制后微生物群落的变化也有待探索。
为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们聚焦于 LCFA 抑制条件下的餐厨垃圾半连续厌氧消化，通过添加水热炭（Hydrochar）这一特殊添加剂来调控 AD 系统。最终，研究取得了令人瞩目的成果：水热炭显著缓解了 LCFA 对餐厨垃圾厌氧消化的抑制作用，使甲烷产量有效提高了 37.2%。这一研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为深入理解水热炭在实际餐厨垃圾厌氧处理过程中的作用机制提供了重要依据，对推动厌氧处理技术的发展具有关键意义。
研究人员在研究过程中主要运用了以下关键技术方法：首先，精心准备了来自上海某餐厨垃圾处理厂的餐厨垃圾作为原料，并对其进行了详细的物理化学性质表征；其次，通过设置两组连续运行 96 天的反应器，对比添加水热炭（LH 反应器）和未添加（LC 反应器）的情况，持续监测甲烷产量等指标；最后，运用基因组中心的元转录组学（Genome-Centric Metatranscriptomics）分析技术，深入探究微生物群落组成和代谢能力的变化。
反应器性能研究
研究人员让两组反应器连续运行 96 天，重点监测甲烷产量这一关键指标。结果发现，经过 50 天的运行后，反应器的甲烷产量趋于稳定。在稳定状态下，添加水热炭的 LH 反应器甲烷产量为 501.7 mL/gVS，而未添加的 LC 反应器仅为 314.9 mL/gVS。这一数据清晰地表明，水热炭的添加使甲烷产量显著提高了 37.2%，有力地证明了水热炭在提升厌氧消化产甲烷效率方面的积极作用。
基因组中心的元转录组学分析
通过基因组中心的元转录组学分析，研究人员发现水热炭的加入产生了多方面的积极影响。一方面，它促进了高活性 LCFA 降解细菌和酸化细菌的富集，这使得 LCFA 的降解更加高效；另一方面，水热炭还推动了丁酸氧化细菌、丙酸氧化细菌以及乙酸裂解产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌的富集。这些微生物的协同作用，进一步优化了厌氧消化过程，为甲烷的产生创造了更有利的条件。
综合来看，本研究成功利用水热炭缓解了 LCFA 对餐厨垃圾厌氧消化的抑制作用，大幅提高了甲烷产量，同时降低了挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFA）尤其是丙酸的积累。研究揭示了水热炭促进厌氧消化的内在机制，即通过调节微生物群落结构，促进各类功能微生物的富集，优化代谢途径，从而提升了整个厌氧消化系统的性能。这不仅为解决餐厨垃圾厌氧处理中 LCFA 抑制问题提供了切实可行的方案，也为后续相关研究和实际工程应用指明了方向，对推动餐厨垃圾的资源化利用和环境保护具有重要的理论和实践意义。未来，有望在此基础上进一步深入研究，探索更优化的处理工艺，让厌氧消化技术在餐厨垃圾处理领域发挥更大的价值。
