间歇性电刺激对废水连续电厌氧消化的影响：性能表现与多组学机制解析

本文创新性地通过155天连续实验揭示了间歇性电刺激(IEAD)对电厌氧消化(EAD)系统的长效调控机制。研究发现12h:12h间歇供电模式可使甲烷产率提升15.9%（达321.8 mL/g COD），同时维持98%以上的有机物去除率。多组学分析表明该模式通过促进生物膜生长、增强电活性物质分泌、优化电子传递效率（ETC）及细胞修复能力，显著提升了系统稳定性。生命周期评估显示其能量转化率达20.6%，碳排放仅7.3 g CO2-eq/MJ，为可再生能源存储提供了新型解决方案。

　　

Highlight

间歇性电刺激(IEAD)展现出卓越的系统韧性，在供电中断4-64小时后仍能快速恢复电自养活性，实现CO₂到CH₄的微生物电还原过程。这种特性使其成为应对可再生能源波动的理想缓冲设施。

Start-up and S1 phase

启动阶段数据显示，所有反应器(R1-R6)在前5天均呈现甲烷产量先降后升的趋势——初期3天的产量下降归因于接种污泥的流失，后续回升则标志着微生物成功定植于颗粒污泥或电极表面。值得注意的是，间歇供电组在S1阶段即展现出更稳定的电压输出曲线，暗示其具有更优的电化学活性层形成能力。

Conclusions

长达155天的连续运行证实：在 hydraulic retention time (HRT) ≥1天的条件下，12h:12h间歇供电模式表现最优，其特异性甲烷产量(321.8 mL/g COD)较持续供电组提高15.9%。基因组分析揭示该模式下微生物群落以 Methanothrix 为主导，而持续供电会促进 Methanobacteriaceae 富集。蛋白质组学则发现间歇供电能保留功能蛋白并上调关键酶（如乙酰辅酶A羧化酶生物素载体蛋白和烯酰辅酶A水合酶），同时赋予悬浮区灵活的碳源分配与电子传递能力。