［本站讯］环境科学与工程学院牛启桂副教授团队近日在运用厌氧生物技术资源化处置有机废水/固废方面取得新进展。
生物强化处理是目前实现有机废物资源化、能源化、减量化和无害化的重要手段。厌氧消化（AD）作为有机废物资源化处理的有效手段一度成为研究热点。研究团队针对海生浒苔、城市园林废弃物、养殖畜禽粪便、含油污泥等进行针对性生物降解，有效消纳废弃物同步联产碳中性生物质能源。在Biomass and Bioenergy（IF5.06）上发表题为“Biogas production, DOM performance and microbial community changes in anaerobic co-digestion of chicken manure with Enteromorpha and green waste”研究论文，针对性地讨论了不同C/N的底物共消化的性能与群落结构，共消化(鸡粪:草屑= 1:3)时，最大产甲烷率提高49.9%。此外，海生绿潮浒苔和陆生草屑共消化显著提高了纤维素酶活性（分别提高了234%和30%）。潜在代谢途径分析显示，产甲烷酶编码酶丰度有增加的趋势；在Journal of hazardous materials（IF10.588）上发表题为“The dosage-effect of biochar on anaerobic digestion under the suppression of oily sludge: performance variation, microbial community succession and potential detoxification mechanisms”的研究论文，量化了石油烃油泥的生物转化产甲烷的生物强化效率。
研究团队对影响厌氧发酵稳定高效的影响因子进行了系统分析，揭示了环境新型污染物对厌氧菌群的抑制机理。在Journal of Environmental Management（IF6.789）发表为题为“Biochar assisted cellulose anaerobic digestion under the inhibition of dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride: Dose-response kinetic assays, performance variation, potential promotion mechanisms”长周期的研究论文，针对性地讨论了消毒剂对厌氧发酵微生物菌群的代谢活性和群落结构响应机制，探明了难降解复杂物质的抑制机理；在Water Research（IF11.236）上发表了题为“[Bmim]FeCl4mediated inhibition and toxicity during anaerobic digestion: Dose-response kinetics, biochar-dependent detoxification and microbial resistance”的研究论文(DOI：10.1016/j.watres.2021.117969)，首次全面揭示了厌氧发酵微生物菌群应对广泛应用的新型污染物咪唑类离子液体（[Bmim]FeCl4）的代谢活性和生理指标的响应机理；同时对多环芳烃类的抑制机理进行了详细阐述。
面向生产性应用，研究团队开发制备了廉价易得的高活性生物炭（BC）并进行人工强化调控微生物群落，通过投加BC缓解油泥对厌氧消化过程抑制，揭示并验证了BC在消毒剂、咪唑类离子液体[Bmim]FeCl4压力胁迫下的解毒机理。BC介导的种间电子转移选择性富集了电活性发酵菌(Clostridium和Bacteroides)和乙酸营养型产甲烷菌，促进了中温消化性能，优越的物理结构及表面官能团维持了胁迫抑制下菌体内蛋白质结构和ATP酶高活性，并通过竞争活性位点的氢键来保护水解酶的二级结构，发挥高效解毒作用，是微生物群落健康演替主要驱动力。采用生物炭调控可有效克服对厌氧消化的抑制作用，并使系统保持较高的代谢活性和产能效率。研究团队研发的关键调控技术为环境新兴污染物胁迫下的高效厌氧消化产能提供了一条有前景的可行性途径，对实现废弃物高效资源化具有工程指导意义。
牛启桂副研究员课题组聚焦环境领域的废弃物无害化、资源化及其清洁生产技术的一系列前沿研究。紧抓宏基因组研究进展，采用分子生物学技术对功能微生物代谢途径下的有机碳、氮、硫、磷的地化循环进行量化追踪。考察污染物在环境介质中的迁转机理及对微生物的致毒机制，探索微生物健康演替及胁迫下的解毒机理。在兼氧/厌氧菌群水解-酸化-乙酸化及产甲烷化代谢网络尺度效应的基础上探讨功能微生物流加冗余弹性的调控机制和系统预警策略。开发提高特定功能菌群的代谢活性的方法和生物强化技术用以环境污染治理。
学校环境科学与工程学院仪器平台（https://www.huanke.sdu.edu.cn/kxyj/yqpt1/yqml.htm）拥有酶标仪、傅里叶变换（显微）红外光谱仪等大型仪器，为本研究提供了帮助。
原文链接：Biogas production, DOM performance and microbial community changes in anaerobic co-digestion of chicken manure with Enteromorpha and green waste - ScienceDirect
The dosage-effect of biochar on anaerobic digestion under the suppression of oily sludge: Performance variation, microbial community succession and potential detoxification mechanisms - ScienceDirect
Biochar assisted cellulose anaerobic digestion under the inhibition of dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride: Dose-response kinetic assays, performance variation, potential promotion mechanisms - ScienceDirect
[Bmim]FeCl4 mediated inhibition and toxicity during anaerobic digestion: Dose-response kinetics, biochar-dependent detoxification and microbial resistance - ScienceDirect
