氢能具有能量密度高、清洁、无污染等优点，在可再生能源开发中受到广泛关注。以高浓度有机废水为底物的厌氧发酵制氢技术兼具废水处理和清洁能源生产的双重作用。在生物制氢反应器启动运行初期，对反应器接种的活性污泥进行预处理，已成为提高混合污泥菌群中目标产氢菌比例的重要手段。对活性污泥预处理的研究主要集中在热处理、酸碱处理和微曝气预处理等方面，但是利用多重预处理技术手段优化活性污泥的技术策略还在不断探索中。

近日，Environmental Research（IF=8.3，环境科学与生态学TOP期刊）在线发表了上海师范大学秦智教授团队完成的题为A novel microbialcommunity restructuring strategy for enhanced hydrogen production usingmultiple pretreatments and CSTR operation的研究论文，报道了利用多重预处理技术联合反应器运行策略重构活性污泥微生物群落（图1）。

图1. Environmental Research在线发表联合多重预处理和反应器运行重构活性污泥微生物菌群文章

秦智教授团队首次联合多重预处理技术手段和反应器运行策略重构活性污泥微生物群落。利用微曝气、碱处理和热处理多重预处理方法，降低了活性污泥中甲烷菌和其他耗氢菌的数量和活性。经过多重预处理后，活性污泥中成功富集了变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes），有效地丰富了活性污泥中具有产氢潜力的微生物菌群（图2）。

图2. 多重预处理阶段的活性污泥微生物门分类水平

（a）微生物群落结构分析；（b）微生物群落组成和相对丰度分析。

预处理后的活性污泥接种至CSTR启动并连续运行。在进水COD水平分别控制在4000 mg/L和5000 mg/L的情况下，持续产生氢气，速率分别达到8.19 L/d和9.33 L/d。在CSTR运行的高效制氢阶段，出水pH值介于4.35和4.92之间。同时，在反应器连续运行的时期，采用多阶段方法系统地跟踪反应器中微生物群落的变化规律（图3）。在这些阶段中，负责产氢的主要菌属是产乙醇杆菌（Ethanoligenens），与生产氢气相关的菌群相对丰度之和达到46.95%。从Stage-I到Stage-III，有100个菌属与产氢量呈正相关，其中包括具有代表性的产氢细菌Pectinatus、Enterococcus、Syntrophomonas、Caloramator、Odoribacter、Phocaeicola、Clostridium XlVa、Victivallis和Bacteroides。多重预处理和反应器的运行的联合有助于丰富和重构产氢反应器中活性污泥的产氢菌群。

图3. CSTR启动和连续运行期间活性污泥微生物群落分布变化的监测

上海师范大学在读博士生姜霁珊为第一作者，秦智教授为通讯作者。上海师范大学毕业研究生郭铁兰硕士、王靖媛硕士，在读研究生孙奥、陈兴萍、徐笑笑，以及戴绍军教授参与了研究工作。该研究得到了上海植物种质资源工程技术研究中心项目的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935124006297?dgcid=author

供稿：秦   智

责任编辑：陈婉娴