综述：厌氧消化液管理的进展：碳基与铁基添加剂的功能与影响

【编辑推荐】本综述系统阐述了碳基（生物炭/活性炭）和铁基（零价铁/磁铁矿）添加剂在厌氧消化（AD）中的作用机制，重点解析其通过促进直接种间电子转移（DIET）提升甲烷产量，并探讨未回收添加剂对消化液脱水性、农业应用及热转化等下游管理的影响，为构建可持续AD系统提供理论支撑。

　　

碳基与铁基添加剂如何重塑厌氧消化生态？

Abstract
厌氧消化（AD）技术通过微生物协同作用将有机废弃物转化为沼气，但伴随产生的消化液管理成为新挑战。近年研究发现，碳基（如生物炭、活性炭）和铁基（如Fe₃O₄、ZVI）添加剂能显著提升AD效率，但其对下游消化液处理的影响长期被忽视。

Introduction
传统AD依赖种间氢/甲酸传递（IET），而DIET机制通过导电材料（如Geobacter菌的纳米导线）实现直接电子交换，突破热力学限制。磁铁矿等添加剂可使甲烷产率提升30%以上，但残留在消化液中的添加剂可能改变其脱水性能与重金属迁移性。

碳基添加剂的AD增效机制
生物炭的多孔结构吸附挥发性脂肪酸（VFA），其表面羧基促进电子穿梭。活性炭（AC）更通过量子隧穿效应加速DIET，但高剂量会导致微生物膜过度附着。

铁基添加剂的 redox 魔法
ZVI腐蚀产生的Fe²⁺激活辅酶F₄₂₀，而Fe₃O₄晶体作为"电子高速公路"使产甲烷菌活性提升2.5倍。但未回收的纳米铁颗粒可能引发土壤氧化应激。

添加剂回收的闭环设计
磁分离技术可回收90%的Fe₃O₄，循环使用后仍保持85%催化活性。而生物炭因结构降解需每3周期更换。

未回收添加剂的双刃剑效应
残留生物炭使消化液脱水能耗降低15%，但含铁添加剂可能促进砷（As）的价态转化，需符合欧盟REACH法规限值。

Future Perspectives
亟待建立添加剂-消化液-土壤的跨介质评价体系，开发磁性生物炭等智能材料或成下一代研究热点。