混合添加生物炭和Fe3O4的青稞秸秆厌氧消化产甲烷工艺及微生物功能优化

文献类型： 中文期刊

第一作者： 张智伟

作者： 张智伟;刘海林;李屹;杜中平;韩睿

作者机构：

关键词： 青稞秸秆;厌氧消化;生物炭;Fe3O4;响应面法;宏基因组;微生物群落;甲烷代谢途径

期刊名称： 微生物学报

ISSN： 0001-6209

年卷期： 2025 年 65 卷 004 期

页码： 1742-1757

收录情况： 北大核心 ; CSCD

摘要： 【目的】明确混合添加生物炭和Fe3O4介导的青稞秸秆厌氧消化产甲烷的最优工艺参数，并探究混合添加生物炭和Fe3O4在木质纤维素类废弃物厌氧消化应用中的可行性。【方法】以青稞秸秆为原料，通过单因素试验和响应面法对混合添加生物炭和Fe3O4介导的青稞秸秆厌氧消化产甲烷工艺进行优化。利用宏基因组技术分析消化过程中的微生物群落结构和甲烷代谢途径。【结果】经响应面模型验证试验得到最优工艺条件为：总固体含量6.32%、生物炭与Fe3O4混合比6.83:3.17、接种比（接种污泥与青稞秸秆挥发性固体量的比值） 2.51。在该条件下，基于挥发性固体计算的累积甲烷产量实测值为269.04 mL/g，与预测值（265.95 mL/g）的相对误差小于5%，验证了模型的有效性。该优化条件下的混合添加处理能显著提高青稞秸秆的产甲烷能力（P<0.05），效果与化学预处理相当，同时提升了乙酸含量，并减少了丙酸和丁酸的积累。宏基因组分析显示，拟杆菌门未分类属（unclassified＿Bacteroidota）、未分类细菌（unclassified＿Bacteria）、梭菌属（Clostridium）、丝状杆菌属（Fibrobacter）等细菌类群，以及甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）、甲烷丝菌属（Methanothrix）等乙酸营养型产甲烷菌的相对丰度增加，促进了乙酸的利用并强化了微生物间的种间直接电子传递（direct interspecies electron transfer, DIET）。甲烷代谢途径分析表明，混合添加生物炭和Fe3O4的消化系统强化了乙酸营养型产甲烷途径，从而提升了甲烷产量。【结论】响应面法能较好地优化混合添加生物炭和Fe3O4介导的青稞秸秆厌氧消化产甲烷工艺。混合添加生物炭和Fe3O4是一种高效且环境友好的木质纤维素类废弃物处理方法，有助于提升生物甲烷的产量。

分类号： TQ221.11%TQ920.6

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