间歇性电刺激厌氧消化系统的长期运行机制与能量转化优化研究

本文推荐：本研究通过155天连续实验，揭示了间歇性电刺激厌氧消化(IEAD)系统的最佳运行模式（12h:12h间歇供电），使甲烷产率提升15.9%，COD去除率>98%。研究结合基因组学与蛋白质组学，阐明了Methanothrix菌属主导的微生物群落演替规律，发现间歇供电能促进电活性生物膜生长、增强乙酰辅酶A羧化酶等关键酶活性，并实现7.3g CO2-eq/MJ的低碳排放。该成果为可再生能源存储提供了创新解决方案。

　　

Highlight亮点
间歇供电的厌氧消化(IEAD)系统展现出卓越的能源转化效率（20.6%能量转化率）和环境友好特性（7.3g CO_2-eq/MJ碳排放），为可再生能源存储提供了创新解决方案。

Bioreactor operation and definition生物反应器操作与定义
实验采用6个2.4L上流式厌氧污泥床(UASB)反应器，其中5个装配碳刷电极（间距34mm）构建阴极/阳极系统。通过逐步缩短水力停留时间(HRT)，比较不同间歇供电周期（包括12h:12h、6h:6h等模式）对系统性能的影响。

Start-up and S1 phase启动与第一阶段
所有反应器在启动初期均出现3天的甲烷产量下降（归因于接种污泥流失），随后微生物在颗粒污泥或电极表面成功定殖。值得注意的是，间歇供电组在适应期后表现出更稳定的电压输出和更丰富的电活性物质分泌。

Conclusions结论
长达155天的连续运行证实：12h:12h间歇供电模式可实现最优性能，甲烷产率达321.8mL/g COD，较持续供电提升15.9%。蛋白质组分析显示，该模式能显著上调乙酰辅酶A羧化酶生物素载体蛋白等关键酶表达，同时赋予悬浮区灵活的碳源分配和电子传递能力。