【上海交通大学】磁场促进鸡粪的厌氧消化Enegy.Convers Manage.（IF=9.9）
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作者:英都斯特
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发布时间: 176天前
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动物粪便处理面临重金属、抗生素耐药基因及有害气体污染问题。厌氧消化技术虽广泛应用，但常受氨抑制影响。上海交通大学研究团队在《Energy Conversion and Management》发表研究，探讨了基于电流线圈的磁场（CCC-MF）对鸡粪厌氧消化的影响。研究发现，CCC-MF环境下，甲烷产量增加40%，氨浓度降低64.9%，同时提高了乙酸激酶和辅酶F420的活性，促进了甲烷生成。中试规模实验进一步验证了CCC-MF技术提高甲烷产量的有效性，显示出在工业规模应用中的潜力。
大量的动物粪便会释放重金属、抗生素耐药基因和有害的氮氧化物和硫等物质污染土壤、空气和水。厌氧消化可用于处理动物粪便，在全球应用广泛、实用性高、能源回收潜力大、促进卫生、提供营养丰富的肥料。然而，动物粪便的厌氧消化经常受到氨抑制，更方便实用的增强动物粪便厌氧消化的策略仍在开发中。迄今为止，各种形式的磁场已被应用于微生物消化过程。磁场CCC-MF辅助富氮废物厌氧消化具有易于调节电流强度、易于加装于厌氧消化设备、易于应用于小批量处理实验设备和工业大规模消化设备、易于产生分布更均匀的磁场等优点。
上海交通大学农业与生物学院生物质能源工程研究中心研究团队在工程技术领域Top期刊Energy Conversion and Managemet发表了题为“Applying current-carrying-coil-based magnetic field (CCC-MF) to promote anaerobic digestion of chicken manure: Performance evaluation, mitigation of ammonia inhibition, microbial community analysis, and pilot-scale validation”的文章，将含有预处理后的生鸡粪和来自餐厨垃圾处理厂的液体接种物的发酵罐（1L）置于CCC-MF环境（电流为5 A，输出功率为25 W，1小时/天，37 ℃）中标为消化池R1组，将没有暴露于CCC-MF 的相同发酵罐标为对照组R0组，探究厌氧消化过程中CCC-MF对甲烷和氨的产量、乙酸激酶和辅酶F420的相对活性等的影响。
在厌氧消化81天期间，与对照组R0组（甲烷产率为0.20 L/gVS）相比，磁场辅助下消化器R1组（甲烷产率为0.28 L/gVS）甲烷的平均产量增加了40%，CH4和CO2的平均产量分别增加了 18.7 % 和 22.9 %，NH4+-N浓度降低64.9%，说明CCC-MF可以促进甲烷生成，同时抑制氨的生成。厌氧消化过程会被过量的氨抑制，最终导致甲烷的生成减少。
通过与其他主要细菌门以及主要产甲烷古细菌属的合作，消化池R1组的乙酸激酶AK相对活性比R0组高 21.9 %，表明CCC-MF处理显著提高了AK的相对活性，促进了厌氧消化过程中关键中间代谢物乙酸的产生，为后续的产甲烷提供了更多的中间体。辅酶F420在甲烷生成的电子传递过程中起着不可或缺的作用，其活性是判断厌氧消化过程中甲烷产生是否活跃的重要指标。在厌氧消化81天期间，消化池R0组和R1组辅酶F420的相对活性分别为128±3 %和167±5 %，R1组F420相对活性显着提高30%（p < 0.05），最终使甲烷平均产量增加 40%。
将15 L中试规模的发酵罐在CCC-MF运行了约 45 天，该发酵罐平均甲烷产量为0.30 L/gVS，比无CCC-MF得对照组沼气池高36.4%，验证了 CCC-MF辅助技术可以有效提高鸡粪厌氧消化。磁场辅助厌氧消化技术在工业规模沼气厂中极具应用潜力。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117908
