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在全球可持续发展背景下，猪粪与食物残渣厌氧共消化产甲烷技术受关注，但磺胺嘧啶（SDZ）干扰其稳定性与效率。研究人员探究不同浓度 SDZ 影响，发现 50 - 450 mg/kg TS 的 SDZ 使甲烷产量降 3.3% - 50.8%，为优化工艺提供理论依据。
如今，全球城市都在为实现可持续发展目标而努力，通过可再生能源获取和减少温室气体排放成为关键任务。农业和食品行业产生的有机废弃物，像猪粪和食物残渣，含有丰富的可生物降解物质，具备巨大的能源生产潜力。它们能通过厌氧消化过程转化为生物甲烷这种可再生能源。然而，单独对猪粪或食物残渣进行厌氧消化时，存在生物甲烷产量低和氨抑制等问题。厌氧共消化技术虽能通过优化碳氮比、增强抗干扰能力和提供微量营养元素，稳定地产生高产可再生气体，但抗生素的干扰却让猪粪和食物残渣的联合生物甲烷化在稳定性和效率上大打折扣。
在养猪业中，兽医常将抗生素添加到饲料里，以此促进猪的生长并预防疾病。磺胺嘧啶（SDZ）作为一种磺胺类抗生素，在养猪场应用十分广泛。大量未被猪完全吸收的 SDZ 会随着尿液和粪便排出体外，导致猪粪中 SDZ 残留，其浓度在 15 - 354 mg/kg 总固体（TS）之间。随着 SDZ 在养猪业使用量的增加，猪粪中的 SDZ 残留很可能持续上升。已有研究表明，SDZ 会影响厌氧消化器中的生物增殖和代谢过程，其潜在的生态毒性成为研究热点。不过，关于 SDZ 及其不同浓度对厌氧消化系统的影响程度，学界仍存在争议。而且，在涉及猪粪和食物残渣的厌氧共消化体系中，混合底物成分复杂，含有大量蛋白质、铵态氮、油脂等，但目前人们对 SDZ 浓度在这种复杂厌氧环境下对猪粪和食物残渣共处理的影响知之甚少。另外，微生物产生的胞外聚合物（EPS）虽在抵御抗生素入侵中发挥重要作用，但 SDZ 与 EPS 的结合机制尚不明确，SDZ 对甲烷生成相关生物过程的影响也未完全明晰。
为了深入了解这些问题，来自国内的研究人员开展了关于 SDZ（0、50、150 和 450 mg/kg TS）对猪粪与食物残渣一体化厌氧消化潜在影响及作用机制的研究。这项研究成果发表在《Bioresource Technology》上，对优化厌氧共消化工艺、减少 SDZ 负面影响具有重要意义。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：获取来自香港当地猪场的脱水猪粪、食物残渣、接种物及 SDZ，测定其各项特性指标；进行厌氧共消化实验，监测不同 SDZ 浓度下的甲烷产量等参数；分析 EPS 与 SDZ 的相互作用以及微生物群落结构变化。
总体响应：甲烷产量对 SDZ 暴露的反应
研究发现，随着 SDZ 浓度增加，猪粪和食物残渣共消化过程中的最大累积甲烷产量显著下降。在对照组反应器中，最大累积甲烷产量为 588.5 ± 15.8 mL/g 挥发性固体（VS） ，而在 50 mg SDZ/kg TS 的反应器中降至 568.9 ± 36.7 mL/g VS，150 mg SDZ/kg TS 的反应器中为 505.0 ± 29.6 mL/g VS ，450 mg SDZ/kg TS 的反应器中仅为 289.6 ± 3.6 mL/g VS。这表明 SDZ 的存在对甲烷生产产生负面影响，且剂量越高，影响越明显。
机制研究：SDZ 对厌氧共消化过程的影响机制
SDZ 对厌氧共消化过程中的水解、酸化和产甲烷阶段影响不同。它对水解阶段影响较小，但严重阻碍了酸化和产甲烷过程。机制研究表明，EPS 通过胺基、羟基和羧基吸收并积累 SDZ，刺激微生物分泌大量 EPS 和活性氧物质。这些物质抑制了酶的活性，进而破坏了酸化和产甲烷过程。此外，SDZ 显著减少了产酸细菌和产甲烷菌的数量，使微生物群落不利于甲烷生成。
综上所述，该研究明确了 50 - 450 mg/kg TS 的 SDZ 会使猪粪和食物残渣厌氧共消化过程中的甲烷产量降低 3.3% - 50.8%。SDZ 通过多种途径干扰厌氧共消化过程，包括促进 EPS 分泌，增加传质阻力，抑制酶活性，影响短链脂肪酸（SCFAs）的产生和利用，以及改变微生物群落结构。这一研究成果为深入理解厌氧共消化体系对不同浓度 SDZ 的响应提供了重要参考，揭示了 SDZ 在厌氧共消化过程中的负面影响机制，为制定减轻其毒性的策略提供了科学依据，有助于推动厌氧共消化技术在有机废弃物处理和可再生能源生产领域的优化与发展。
