近日，环境学院张盼月教授课题组完成了导电材料强化高含硫有机废水和污泥厌氧消化生物学机制系列论文，在环境科学与生态学领域一区Top期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子：15.1）和二区期刊《Journal of Water Process Engineering》（影响因子：7.0）上发表，三篇论文第一作者均为环境学院博士研究生陈乐，张盼月教授为通讯作者，北京林业大学为文章第一完成单位。

导电材料的添加在促进有机物降解、CH₄产生和H₂S控制等方面具有多功能作用，在含硫厌氧消化中的应用日益受到关注。近年来，导电材料的物理化学性质，如导电材料的原材料和制备工艺、材料类型、添加剂量、粒径和表面结构等引起了研究人员的广泛兴趣。以前的综述总结了导电材料的物理化学性质与CH₄产量之间的线性关系，以及这些物理化学性质和直接种间电子传递（DIET）的相关性。然而，导电材料增强含硫厌氧消化的生物学机制尚未得到很好的分析。因此，课题组系统论述了导电材料在含硫厌氧消化中的促进作用，重点分析了导电材料改善含硫厌氧消化的机理，包括DIET、群体感应和提高微生物对硫化物的耐受性。DIET和群体感应之间的潜在联系受到了特别关注。此外，还分析了与有机碳、硫和产甲烷代谢过程相关的关键基因和蛋白质的表达，以及硫酸盐还原菌和产甲烷菌对导电材料添加的响应。最后，讨论了克服含硫厌氧消化技术瓶颈的挑战和注意事项。该工作对于阐明和指导导电材料改善含硫厌氧消化的生物学机制具有重要意义。相关成果发表在《Chemical Engineering Journal》上。

传统的厌氧消化技术在处理含有高浓度硫酸盐的有机废水方面存在一定的局限性。硫酸盐会刺激硫酸盐还原菌的生长，硫酸盐还原过程竞争性抑制CH4生成。此外，硫酸盐还原过程会产生硫化物，进一步抑制产甲烷菌的活性，甚至导致厌氧消化系统的完全恶化。针对这一问题，课题组探究了添加颗粒活性炭（GAC）增强高浓度硫酸盐有机废水厌氧消化的可行性及其内在的驱动机制。结果表明，添加GAC提高了厌氧消化系统的稳定性、COD去除效率和CH4产量。GAC增强了微生物对硫化物的抗性和ETS活性。微生物群落和功能基因分析表明，GI-00000079-D21和Mestoga的富集，与糖酵解、丙酮酸代谢和产甲烷代谢有关。酶活性的增强，以及潜在的电活性微生物与甲烷菌之间DIET的改善是GAC提高产甲烷性能的重要原因。此外，GAC协同促进甲烷生成和硫酸盐还原代谢，可能是因为Desulfovibrio和Methanosaeta参与了DIET互营代谢。本研究揭示了GAC增强高强度硫酸盐有机废水厌氧消化的内在驱动机制。相关成果发表在《Chemical Engineering Journal》上。

在含硫污泥的厌氧消化过程中，H2S的产生不仅抑制产甲烷菌的活性，还影响沼气质量。针对这一问题，课题组探究了废铁屑（WSI）的添加对含硫厌氧消化过程中CH4生成和H2S控制的影响。结果表明，CH4产量的增加归因于底物降解和可溶性有机物转化的增强，而pH值和不溶性硫化物沉淀的增加是H2S产量降低的两个主要原因。微生物群落结果表明，WSI的添加促进了关键细菌和氢营养型甲烷菌之间的互营作用。基因分析表明，鉴于ABC转运蛋白、脂多糖生物合成、群体感应、双组分系统和核糖体代谢途径的增强，添加WSI促进了微生物之间的信息识别和物质交换，提高了厌氧系统中微生物的代谢活性。相关成果发表在《Journal of Water Process Engineering》上。

上述研究工作得到国家自然科学基金（51578068）的资助。

文章链接及基本信息如下：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144867：Le Chen, Yajie Zhang, Jinsong Liang, Yuehan Li, Jiasheng Zhang, Wei Fang, Panyue Zhang, Guangming Zhang, Huu Hao Ngo. Improvement of anaerobic digestion containing sulfur with conductive materials: Focusing on recent advances and internal biological mechanisms. Chemical Engineering Journal. 2023, 472, 144867

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146648：Le Chen, Ru Zhang, Yuehan Li, Yajie Zhang, Wei Fang, Panyue Zhang, Guangming Zhang. Internal driving mechanism of microbial community and metabolism for granular activated carbon enhancing high-strength sulfate organic wastewater anaerobic digestion. Chemical Engineering Journal. 2023, 476, 146648

https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104230：Le Chen, Dong Xu, Jinsong Liang, Yajie Zhang, Wei Fang, Panyue Zhang, Guangming Zhang. New insight into effects of waste scrap iron on sludge anaerobic digestion: Performances, microbial community, and potential metabolic functions. Journal of Water Process Engineering. 2023, 55, 104230