磁铁矿强化猪粪厌氧消化过程：甲烷生成与有机酸代谢机制解析

本研究探讨磁铁矿（Fe3O4)通过促进直接种间电子传递（DIET）缓解猪粪厌氧消化（AD）中氨抑制的作用机制，揭示了其对总氨氮（TAN）和游离氨氮（FAN）耐受性的提升效果，为高氮有机废弃物资源化处理提供新策略。

　　

Section snippets

Preparation of feedstock, inoculum, and conductive material

为模拟猪粪有机特性，研究采用葡萄糖强化合成废水作为基础底物，其化学需氧量（COD）浓度调整为31.85 g/L，用于生化甲烷潜力（BMP）测试。另单独配制乙酸、丙酸、乳酸和丁酸四种代表性有机酸（浓度均为20.0 g COD/L），用于特定产甲烷活性（SMA）测试以评估代谢路径特异性。

Effect of ammonia concentration on AD performance and mitigating role of magnetite

通过批次实验评估氨浓度对厌氧消化性能的影响及磁铁矿的缓解潜力。对照组（无磁铁矿）在0 mg TAN/L时累积甲烷产量达188 mL（产率118±4 mL/g COD），750 mg TAN/L时产率峰值164 mL/g COD，更高浓度下显著下降。而磁铁矿组在750和1500 mg TAN/L时分别提升至175 mL/g COD和149 mL/g COD，表明中低浓度TAN下强化效果显著。游离氨氮（FAN）的30%抑制浓度（IC₃₀）从126 mg/L升至141 mg/L，但IC₆₀与IC₉₀变化微弱，提示磁铁矿对高水平FAN抑制的缓解有限。

Conclusions

研究证实磁铁矿在中等TAN浓度（750–1500 mg/L）下可提升甲烷产量达34%，并通过促进DIET机制增强乙酸和丁酸路径的产甲烷活性，但丙酸氧化仍受严重抑制。丙酸积累成为氨胁迫下的关键代谢瓶颈，凸显磁铁矿在高氨氮环境中的应用局限性。

Uncited references

（此部分无实质内容，仅列出未引参考文献标签）

CRediT authorship contribution statement

Waris Khan: 负责初稿撰写、数据整理与形式化分析；Jung-Sup Lee: 负责方法论建立、实验操作及初稿撰写；Yeo-Myeong Yun: 负责研究构思、项目指导、文稿审阅与验证。

Declaration of competing interest

作者声明无任何可能影响本研究结果的竞争性经济利益或个人关系。

Acknowledgement

研究由韩国科学与信息通信技术部资助的全球基础研究实验室计划（RS-2024-00415375）及国家研究基金会（NRF-2022R1C1C1004403）支持，另获韩国环境部废弃物能源回收人力资源发展项目（YL-WE-23-001）补助。