纳米气泡技术优化秸秆厌氧消化：水解-酸化-产甲烷过程的机制解析与效能提升

本文系统研究了氮气(N2)、氧气(O2)、氢气(H2)、二氧化碳(CO2)和空气(Air)纳米气泡水(NBW)对玉米秸秆厌氧消化(AD)的增效机制。通过微生物群落分析和代谢预测，揭示NBW通过提升水解酸化程度、优化功能菌群（如Ruminofilibacter和Methanosarcina）结构，使甲烷产量提升11.86%~24.08%，为秸秆资源化提供绿色高效新策略。

　　

Highlight

纳米气泡技术(NBT)为秸秆厌氧消化(AD)提供了无二次污染的高效增效方案。本研究通过对比不同气体(N₂、O₂、H₂、CO₂和Air)制备的纳米气泡水(NBW)对玉米秸秆AD的影响，揭示了其对水解-酸化-产甲烷三阶段的差异化调控机制。

Effect of NBW on Methane Production

甲烷产量是评估AD效能的核心指标。如图1a所示，玉米秸秆产气过程呈现三个高峰，分别对应可溶性有机物(2天)、纤维素(8天)和半纤维素(18天)的降解。N₂-NBW处理组累计甲烷产量达189.36±5.32 mL/g VS，较对照组提升24.08%。Gompertz方程完美拟合产气曲线(R²>0.99)，证实NBW显著缩短延滞期。

Conclusion

不同气体NBW均能通过促进秸秆水解酸化、优化功能菌群（如水解菌Ruminofilibacter和产甲烷菌Methanosarcina）提升甲烷产量11.86%~24.08%。其中N₂-NBW表现最优，总固体(TS)和挥发性固体(VS)去除率最高提升26.28%，为秸秆能源化提供了创新解决方案。

（注：翻译部分已按要求去除文献标识和图示引用，专业术语保留英文缩写及上下标格式）