生物炭强化农业废弃物高固厌氧消化过程中的腐殖化与沼渣成熟机制研究

本研究揭示了生物炭在厌氧消化（AD）中通过非共价相互作用（氢键、π-π堆积）促进腐殖质（HS）形成的新机制，显著提升腐殖酸（HA）含量26.30%及HA/FA（富里酸）比率31.34%，同步增强沼渣稳定性和甲烷产量（+14.73%），为农业废弃物资源化提供了创新策略。

　　

Highlight

生物炭的添加使厌氧消化系统的甲烷产量提升14.73%（188.19 mL/g VS），虽低于部分文献报道值，但显著推动腐殖化进程：腐殖酸（HA）含量增加26.30%，HA/FA比率提高31.34%。固态¹³C NMR和二维FTIR-COS分析表明，生物炭通过芳香碳结构和氧化基团促进分子聚集，XPS证实其增强消化物的芳香性（SUVA₂₅₄↑23.85%）。微生物测序显示生物炭富集产甲烷古菌，但腐殖质积累可能部分抵消其作为电子穿梭体（electron shuttle）的正面效应，这解释了甲烷增产幅度有限的原因。

Conclusion

本研究表明，生物炭虽对甲烷产量提升有限，但通过非共价作用（如π-π堆叠、氢键）显著加速厌氧腐殖化，使消化物发芽指数（GI）达82.35%（满足农用标准），为厌氧消化-好氧堆肥耦合工艺提供了新思路。