近日，中國科學(xué)院上海高等研究院研究員史吉平、劉莉團(tuán)隊(duì)，在基于宏基因組學(xué)的餐廚垃圾多組份協(xié)同高溫厭氧消化產(chǎn)甲烷強(qiáng)化策略的機(jī)理研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Metagenomic characterization of the enhanced performance of multicomponent synergistic thermophilic anaerobic co-digestion of food waste utilizing kitchen waste or garden waste as co-substrate為題，發(fā)表在Water Research上。該研究探究了餐廚垃圾協(xié)同廚余垃圾（或園林垃圾）高溫厭氧共消化的產(chǎn)氣性能，確定了最佳的底物混配比例，并通過宏基因組學(xué)解析了底物協(xié)同厭氧消化機(jī)制，證實(shí)了共消化可以富集微生物菌群中的關(guān)鍵水解菌和嗜氫產(chǎn)甲烷菌，揭示了水解和產(chǎn)甲烷階段編碼關(guān)鍵酶的基因豐度的提高對強(qiáng)化產(chǎn)甲烷的促進(jìn)作用，提供了一種基于優(yōu)化微生物生境的低成本物料調(diào)配技術(shù)以提高甲烷產(chǎn)量。

　　我國實(shí)行垃圾分類后，產(chǎn)生的餐廚垃圾的低碳生物處理和資源化、能源化利用，對“無廢城市”建設(shè)等具有重要意義。厭氧消化產(chǎn)甲烷是目前餐廚垃圾處理的主流技術(shù)。然而，餐廚垃圾油脂和鹽分含量高、碳氮比低，導(dǎo)致厭氧消化過程中產(chǎn)氣率和生物轉(zhuǎn)化率低等技術(shù)瓶頸，亟待探尋低成本高效率的厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)。

　　針對上述問題，該團(tuán)隊(duì)在餐廚垃圾高溫厭氧消化系統(tǒng)中添加廚余垃圾或者園林垃圾進(jìn)行共消化，旨在調(diào)節(jié)底物C/N、pH值和難降解組分與易降解組分的比例，以減弱有害物質(zhì)對微生物生長代謝的影響，防止過度酸敗和氨氮抑制，從而提高甲烷產(chǎn)量和有機(jī)物轉(zhuǎn)化率。研究表明，與單一餐廚垃圾組相比，最佳配比為餐廚垃圾：廚余垃圾=60:40以及餐廚垃圾：園林垃圾=80:20組的產(chǎn)氣量，分別提高了73.33%和68.45%。微生物群落結(jié)構(gòu)組成分析顯示，共消化增加了優(yōu)勢水解菌Defluviitoga和Hydrogenispora以及嗜氫產(chǎn)甲烷菌Methanoculleus的相對豐度。此外，與水解和產(chǎn)甲烷途徑相關(guān)的關(guān)鍵基因豐度在共消化組中得到了顯著提高。該研究利用不同有機(jī)固廢原料作為餐廚垃圾共消化底物加強(qiáng)厭氧消化產(chǎn)氣性能的策略，為有機(jī)固廢處理和生物能源生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

　　研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“固廢資源化”專項(xiàng)“城鎮(zhèn)易腐有機(jī)固廢生物轉(zhuǎn)化與二次污染控制技術(shù)”的支持。

圖1. 餐廚垃圾高溫厭氧共消化提高產(chǎn)甲烷性能示意圖

圖2. 厭氧共消化對功能基因的影響