纳米四氧化三铁与牡蛎壳协同强化餐厨垃圾与玉米秸秆两阶段厌氧共消化：酸化产甲烷性能提升及微生物机制解析

　　针对餐厨垃圾(FW)与玉米秸秆(CS)厌氧共消化过程中酸化与产甲烷速率不匹配的问题，北京化工大学团队创新性地在酸化阶段同步添加纳米四氧化三铁(NFO)和牡蛎壳(OS)，通过调控微生物群落结构与代谢通路，使累计氢气(H2 )和甲烷(CMY)产量分别提升157.7%和26.1%，TVFAs浓度最高达27140.9 mg/L。该研究为有机废弃物资源化提供了新策略，发表于《Biomass and Bioenergy》。

　　

随着全球经济发展，餐厨垃圾(FW)年产量预计2025年将达22亿吨，中国玉米秸秆(CS)年产量近3.71亿吨。这些有机废弃物若处理不当将造成严重环境压力，但其高有机质含量也使其成为厌氧消化(AD)产沼气的理想原料。然而FW易酸化特性常导致水解酸化与产甲烷阶段速率失衡，传统单阶段AD系统易出现酸抑制。为此，北京化工大学的研究团队创新性地采用两阶段AD工艺，并在酸化阶段同步添加纳米四氧化三铁(NFO)和牡蛎壳(OS)，系统探究其对FW与CS共消化性能的影响机制，成果发表于《Biomass and Bioenergy》。

研究采用两阶段连续实验装置，分别设置酸化反应器(A_Control、A_NFO、A_OS、A_NFO-OS)和产甲烷反应器。通过气相色谱监测H₂
和CH₄
产量，高效液相色谱(HPLC)分析挥发性脂肪酸(VFAs)，结合16S rRNA高通量测序解析微生物群落演变。

H₂
production
酸化阶段数据显示，A_NFO-OS组在12小时出现15.8 mL/gVS的产氢峰值，较对照组提升60.9%。累计产氢量达25.9 mL/gVS，增幅达157.7%，表明NFO与OS协同作用显著促进水解酸化。

TVFAs accumulation
第7天时A_NFO-OS组总VFAs浓度达27140.9 mg/L，是对照组的3.2倍。其中乙酸占比超60%，为后续产甲烷提供优质底物。OS的pH缓冲作用与NFO的电子传递能力共同维持了系统稳定性。

Microbial community analysis
酸化阶段优势菌群为Clostridium_sensu_stricto_1(21.2–52.5%)、Lactobacillus(8.5–36.8%)和Paraclostridium(4.2–21.8%)。产甲烷阶段Methanosarcina相对丰度显著提升，其可通过乙酸裂解和氢营养型双途径产甲烷，这与CMY提升26.1%的结果相互印证。

Conclusions
该研究证实NFO-OS组合添加通过三重机制提升系统性能：(1)OS提供Ca²⁺
稳定酶活性并缓冲pH；(2)NFO促进直接种间电子传递(DIET)；(3)协同调控功能微生物群落。这为有机废弃物高效能源化提供了理论依据和技术支撑，对实现"双碳"目标具有重要实践意义。