新型间歇供能模式（2天开/3天关）提升MEC-AD系统污泥产甲烷效率的机制研究

为解决连续供能抑制产甲烷、能耗高的问题，山东研究人员创新性提出2天开/3天关间歇供能模式，通过MEC-AD系统实现甲烷产量提升14.9%、能量效率达235.5%，并揭示其通过富集Geobacter spp.促进DIET（直接种间电子传递）的机制，为污泥资源化提供新策略。

　　

论文解读
污水处理厂产生的废弃活性污泥（WAS）正以惊人速度增长，其处理成本占运营总成本的30%-50%。传统厌氧消化（AD）技术虽能转化污泥为甲烷，但存在固体停留时间长（>20天）、产甲烷效率低等瓶颈。微生物电解池辅助厌氧消化系统（MEC-AD）通过电极介导的直接种间电子传递（DIET）可加速反应，但连续供电导致阴极H₂
分压累积，反而抑制产甲烷菌活性。更矛盾的是，近期研究发现间歇供电比连续供电更高效，但短周期（如24小时内75%断电）仍难以平衡操作复杂性与系统稳定性。

针对这一难题，山东某研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，提出革命性的"2天开/3天关"长周期间歇供能模式。通过对比连续供电（R1）、短期间歇供电（R2）和新型长期间歇供电（R3）三种模式，发现R3的甲烷产量达3358.46±98.75 mL（157.89±4.64 mL/g·VSS），较R1提升14.9%，能量效率飙升至235.5%。研究采用800 mL圆柱形MEC-AD反应器，以碳纤维刷为阳极、泡沫镍为阴极，监测产气量、电流、电极生物膜微生物群落及关键酶活性。

Difference in methane and current production
通过气相色谱分析发现，R3的甲烷产量显著高于R1和R2（P<0.05），且电流输出稳定性提高。断电期间，系统仍维持较高电子通量，表明微生物已适应长周期能量波动。

Electrochemical and enzymatic activity
间歇供电使阳极生物膜中Geobacter相对丰度提升3.2倍，其特有的细胞色素c和纳米导线加速电子传递。同时，辅酶F₄₂₀
（产甲烷关键酶）活性增加47%，证实氢营养型产甲烷途径被强化。

EPS composition and microbial community
三维荧光光谱显示，R3的溶解性EPS中色氨酸类蛋白含量降低21%，表明有机质水解效率提升。高通量测序揭示阴极生物膜Methanobacterium富集度达68%，其与阳极Geobacter形成高效DIET网络。

Conclusion
该研究首次证实长周期间歇供能（2d-on/3d-off）可通过三重机制优化MEC-AD系统：①延长断电期缓解阴极H₂
抑制；②促进Geobacter与Methanobacterium的DIET协同；③增强水解酶与产甲烷酶活性。这不仅为污泥处理提供能耗降低35%的可行方案，更开创了"生物电化学系统智能节律控制"的新研究方向。