微曝气策略提升高固含量禽粪共消化产沼气效率及原位硫化氢减排研究

本研究创新性地将微曝气与硫氧化细菌(SOB)耦合应用于高固含量禽粪(PL)厌氧消化(AD)系统，通过共消化食物垃圾水解液(FH)优化碳氮比(C/N)，实现沼气产量提升（最高30% TS时达12.4L）和H2S高效去除（80-92%），为固体状态厌氧消化(SSAD)技术提供了微生物群落层面的机制解析。

　　

Highlight

微曝气策略显著提升高固相禽粪厌氧消化过程中的沼气产率与原位硫化氢脱除效率

Feedstock procurement and sample preparation

约10公斤禽粪(PL)采集自印度特伦甘纳邦海得拉巴市郊的养鸡场。样品采用密封袋包装并在采集后数小时内送达实验室。该禽粪包含笼舍垫料（含秸秆、木屑和锯末等 bedding material）与家禽排泄物。采集的PL经研磨确保均质性后，于4℃冰箱储存备用用于生物甲烷化实验。

Feedstock characterization and its significance in solid state anaerobic digestion

底物特性对沼气产能潜力具有决定性作用。本研究证实禽粪具有优良的生物可降解性与产沼气潜力。如表2所示，PL的pH值为7.9，处于厌氧消化(AD)最佳范围。但其碳氮比(C/N)较低（8.9），通过添加食物垃圾水解液(FH)可提升至29.2，显著优化了微生物代谢环境。高固相厌氧消化(SSAD)过程中，底物的固含量（10%-60% TS）直接影响传质效率与微生物活性，其中30% TS条件表现出最优的产气性能。

Conclusions

本研究证实：高固相禽粪厌氧消化(SSAD)在30% TS条件下具有最佳沼气产率（PL+FH组达0.31 L/gVS_reduced）。C/N比从8.9优化至29.2显著提升了系统稳定性。硫氧化细菌(SOB)与微曝气的协同作用实现了沼气中H₂S的高效脱除（80-92%），使其更适于生物燃料应用。宏基因组分析揭示了厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)以及甲烷丝菌属(Methanosaeta)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)的核心作用，为工艺优化提供了微生物学依据。