📖 背景介绍
厌氧消化的重要性
厌氧消化（AD）是一种将有机废物转化为富含甲烷的生物气的技术，对农业废弃物、工业废弃物和城市固体废物具有重要的处理作用。它不仅减少了化石燃料的依赖，还支持减少温室气体排放的目标。
微量元素的作用
- 作用
：微量元素（TEs）如镍（Ni）是AD过程中特定酶的关键辅因子。 - 风险
：过量的Ni会抑制微生物活动，降低甲烷产量，并造成氧化应激。
🎯 核心科学问题
- 不同浓度和络合剂（EDTA和EPS）下，镍对厌氧消化的具体影响是什么？
- 过滤和DGT技术在评估镍的生物利用性和毒性方面的适用性如何？
- 如何优化镍的浓度以平衡其对AD系统的正负作用？
🌟 研究意义
理论贡献
提供微量元素（特别是镍）在厌氧消化中的分馏和生物利用性新见解。 比较过滤和DGT技术对金属离子动态分布的监测能力。
实践价值
优化厌氧消化技术，增强生物气的甲烷产量。 提供微量元素管理的科学依据，减少环境污染风险。
🧪 研究设计与方法
实验设置
- 实验条件
：
镍浓度：30 µM、70 µM、100 µM和150 µM。 络合剂：EDTA（5–50 µM）和EPS（0.5%-1%体积）。
反应器体积：250 mL。 培养条件：38°C，搅拌培养6天。
分馏方法
- 过滤技术（溶解态Ni的监测）
：
使用0.45 µm滤膜过滤样品。 酸化后使用原子吸收光谱仪检测。
使用薄膜扩散技术捕获可交换态镍。 基于DGT设备中结合胶中的镍含量计算浓度。
性能评价
- 甲烷产量
：通过气相色谱分析甲烷含量。 - 生物气体积
：使用压力计测量反应器的气体累积量。
🌟 预期成果
镍的影响：
较高浓度镍（≥100 µM）会显著抑制甲烷生成，并改变微生物群落结构。 镍的络合态（EDTA和EPS存在）降低其生物利用性，从而减轻毒性。
技术对比：
过滤技术：适用于监测镍浓度变化，但对络合态变化的敏感性较低。 DGT技术：能够捕捉镍的动态变化，包括络合态和可交换态。
💡 应用前景与未来方向
实际应用
- 工业废水处理
：基于DGT技术优化金属离子浓度管理。 - 能源生产
：通过微量元素管理提升厌氧消化的甲烷产量。
研究拓展
探索其他微量元素（如钴和铜）在厌氧消化中的作用。 研究DGT技术在复杂混合废水环境中的长期适用性。
