综述：低生物降解性废水对餐厨垃圾产沼气的影响：挑战与强化策略综述

这篇综述系统分析了低生物降解性废水（Low-BI wastewater）与餐厨垃圾共消化（co-digestion）对厌氧消化（AD）过程的抑制作用，重点探讨了挥发性脂肪酸（VFA）积累、氨抑制（ammonia inhibition）等关键挑战，并提出机械/化学预处理（pretreatment）、微生物强化（bioaugmentation）等解决方案，为提升甲烷（CH4）产率（>65%）提供理论依据。

　　

低生物降解性废水对餐厨垃圾产沼气的影响机制与突破路径

引言

随着全球能源需求激增，利用餐厨垃圾等有机废物通过厌氧消化（AD）生产沼气成为研究热点。然而，工业废水、畜禽养殖废水等低生物降解性（Low-BI）废水与餐厨垃圾共消化时，其复杂的难降解有机物（如木质素、几丁质）会显著抑制甲烷（CH₄）产量。数据显示，高生物降解性（95%）的啤酒废水甲烷产率达462.3 NmL/g VS，而低生物降解性（24%）的乳业废水仅106.3 NmL/g VS，差异悬殊。

低生物降解性废水的核心挑战

生物降解特性差异

低生物降解性废水富含木质素、纤维素等顽固聚合物，而餐厨垃圾以易降解碳水化合物为主。两者混合时，顽固物质会吸附水解酶（如纤维素酶），延缓降解速率。例如，腐殖酸（HA）浓度>5 g/L时，乙酰营养型产甲烷过程延迟43%。

过程动力学抑制

低生物降解性底物导致水解阶段滞后。实验表明，市政固体废物需21天才能释放73%的潜在沼气，而餐厨垃圾仅需7天。此外，单宁等多酚类物质会不可逆结合微生物酶，破坏颗粒污泥结构。

代谢产物积累

挥发性脂肪酸（VFA）和氨氮（NH₃）的积累是主要抑制因素。当VFA浓度>659 mg/L时，系统pH下降，直接抑制产甲烷古菌活性。乳业废水中长链脂肪酸（LCFA）还会引发泡沫问题。

强化策略与技术突破

预处理技术

• •

  机械法：超声处理使垃圾渗滤液sCOD提升至820 mg/L，甲烷产量达430 mL/g VS。

• •

  化学法：酸/碱处理使木质纤维素废弃物甲烷产率提升57%。

• •

  酶解法：添加纤维素酶可针对性破解β-糖苷键，缩短滞后期30%。

共消化优化

1:1比例混合纳皮尔草与餐厨垃圾时，甲烷含量达67%，较单一底物提升40%。关键是通过C/N比平衡（25-30）和营养互补缓解抑制。

微生物调控

接种驯化菌群（如Ruminiclostridium）可使木质纤维素降解效率提升6倍。最新研究通过基因改造菌株（如强化纤维素酶表达的工程菌）进一步突破降解瓶颈。

未来展望

开发低成本预处理工艺（如微波辅助水解）和智能控制系统（实时调节OLR与HRT）是下一阶段重点。此外，解析顽固有机物-微生物互作机制，将助力设计精准生物强化方案，推动废弃物能源化进程。