半连续水平推流式系统处理餐厨垃圾干式厌氧消化的启动优化与微生物机制研究

针对干式厌氧消化（DAD）启动阶段易酸化的技术难题，研究人员采用水平推流式厌氧反应器（HPFRAD），系统探究了有机负荷（OLR）对餐厨垃圾甲烷产率及微生物群落的影响。研究发现，1.90 kgVS·m-3·d-1为最佳启动负荷，甲烷产率达1059.14 L/kgVS，且耐酸菌群（如Methanosarcina）丰度与OLR呈正相关。该研究为DAD系统稳定运行提供了关键参数与理论依据。

　　

餐厨垃圾处理是城市化进程中的环保难题，传统湿式厌氧消化虽成熟，却存在高耗水、易沉淀等问题。干式厌氧消化（Dry Anaerobic Digestion, DAD）因无需稀释、占地小、甲烷产率高成为新方向，但其启动阶段易因挥发性脂肪酸（VFA）和氨氮积累导致系统崩溃。如何平衡有机负荷（Organic Loading Rate, OLR）与系统稳定性，成为突破DAD技术瓶颈的关键。

为此，中国的研究团队利用水平推流式厌氧反应器（Horizontal Plug-Flow Reactor, HPFR_AD），系统探究了餐厨垃圾DAD的启动条件。研究发现，OLR从0.78 kgVS·m^-3·d^-1逐步提升至2.80 kgVS·m^-3·d^-1时，甲烷产率呈非线性变化：1.90 kgVS·m^-3·d^-1下甲烷产率最高（1059.14 L/kgVS），而2.80 kgVS·m^-3·d^-1时虽累计产气量最大（3278 L），但微生物多样性下降57%。微生物分析显示，耐高VFA和氨氮的Methanosarcina（相对丰度0.11-0.79）是维持系统稳定的关键菌群。该研究发表于《Renewable Energy》，为DAD工程化应用提供了理论支撑。

关键技术方法
研究采用半连续式HPFR_AD反应器，以北京某餐厨垃圾处理厂的厌氧污泥为接种物，分阶段调控OLR（0.78-2.80 kgVS·m^-3·d^-1），监测产气性能及VFA/氨氮浓度；通过高通量测序分析微生物群落结构，结合Chao指数评估多样性变化。

研究结果

1. Biomethane production
   低OLR阶段（I-II）系统稳定，甲烷浓度10天内达50%。OLR为1.90 kgVS·m^-3·d^-1时，产气效率最优，而过高OLR（≥2.80 kgVS·m^-3·d^-1）导致酸积累抑制产甲烷菌。

2. Microbial community analysis
   Methanosarcina在高压环境下成为优势古菌，其丰度与OLR正相关，但OLR≥2.80 kgVS·m^-3·d^-1时群落多样性显著降低，揭示负荷阈值对微生物平衡的临界影响。

结论与意义
研究明确了DAD启动的OLR优化区间（1.90 kgVS·m^-3·d^-1），揭示了耐酸菌群对系统稳定的调控作用，为工程设计中负荷控制与菌群定向调控提供了科学依据。未来需进一步探究VFA/氨氮协同抑制机制，以拓展DAD在高固废处理中的应用。