大学生创新创业训练计划申请书

大学生创新创业训练计划申请书（创新训练项目）项目编号项目名称生物电化学系统强化畜禽粪便与污泥共消化产甲烷效率和抗生素抗性基因削减的研究申报级别J国家级口省级口校级项目负责人马琛惠联系电话所在学院环境科学与工程学院学号专业班级环工1901指导教师熊炜平联系电话―申请日期2020年6月23日起止年月起止起6月-2022年5月湖南大学年制2020during anaerobic digestion of swinemanure.Journal ofHazardous materials,2019,366192-

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798.四创新点与项目特色本项目针对污泥厌氧消化有机负荷低、水解速率慢和畜禽粪便氨氮含量过高以及ARGs污染风险的问题，通过微生物电解池耦合的手段，将污泥与畜禽粪便进行混合消化，结合现在分析生物学技术和高通量测序技术以及多元数理统计学分析方法，全面分析了外加电场的强弱和不同污泥/畜禽粪便配比对混合消化各阶段的具体影响、典型微生物群落的响应机制和ARGs的分布与变化特征，深入探究了抗性基因的获得机制与传播途径，提出了具有促进混合消化产气效率和ARGs削减能力的微生物电解池-厌氧消化耦合工艺本项目选题新颖，特色鲜明，主要创新点在于

1、将微生物电解池技术与厌氧消化技术耦联，以提高微生物的胞外电子传递能力，促进有机质的水解，同时阴极产生大量二氧化碳，有助于嗜氢型产甲烷菌的代谢活性，提高甲烷产量国内外已有关于微生物电解池对于抗生素降解效果的研究，但很少人关注微生物电解池对ARGs丰度削减的具体影响效果和机制本项目在探究微生物电解池-厌氧消化联用技术对甲烷产量促进效果的同时也关注了其对典型抗性基因在该过程中的丰度变化和传播机制，为控制污泥和畜禽粪便耐药性的传播提供了新的研究思路

2、借助宏基因组学分析方法和qPCR技术全面揭示混合消化过程中ARGs和MGEs的变化规律和传播机制不仅关注了MEC-AD联用技术对ARGs丰度的控制，还将通过测序结果的多元统计学分析仔细甄别能够影响耐药性传播的关键环境因子然后通过工艺参数的优化和调控，最终达到提高混合消化产气效率和抗性基因削减的双重目标五技术路线、拟解决的问题及预期成果

一、技术路线图生物电化学系统强化畜禽粪便与污泥共消化产甲烷效率和抗性矗因削减的研究俄生物电解池厌氧消化•+外加电压.耦合方式.初始条件等装置运行参数的优耦合装置的搭建化实验J\_______________________________和宏基因组测qPCR序探究消减特征ARGs\______________最佳反应管数条件下运行的半连续昌禽粪便/污泥混合消化装置MEC-AD常规理化指标检测16srRNA测序技术测»COD.pH.TS.VS定微生物群落变化等程过目标关键各环目中各反微生ARGs境因标古菌应器物与的转子与的落群落的产环境移行目标构结构度丰气性因子化为和成细底变能研的关的相析传播折分析分联性关性机制斤分析分析探究探究MEC对污泥/管探究关健俄生物菌群探究目标ARGs在混意粪便混合消化理化对和不同物料合过程中的演变特征MEC性能的影响配比的响应机制和传播机制

二、拟解决的问题1污泥和畜禽粪便的最佳物料配比是多少？微生物电解池的最适外加电压是多大？2微生物电解池的耦合对污泥和畜禽粪便混合消化中间代谢产物的变化情况如何？对混合消化各阶段的影响机制如何？3微生物电解池的耦合对污泥/畜禽粪便混合消化体系中关键微生物群落及微生态的影响如何？4MEC-AD耦合系统中典型抗性基因的削减效果和传播机制如何？影响耐药性传播的关键环境因子及微生物菌群有哪些？

三、预期成果通过课题的开展，我们拟成功搭建反应参数最优化的MEC-AD耦合半连续混合消化装置，并明确不同污泥/畜禽粪便物料配比条件下，各混合消化装置的产期表现,探明MEC对混合消化各阶段的具体强化机制；了解古菌和细菌群落对MEC和污泥/畜禽粪便不同配比的响应机制，甄别混合消化过程中的关键微生物菌群；并将宏基因组数据进行分析处理后通过DGGE数据库比对明确关键功能微生物的代谢通路和MEC对混合消化的调控机制；同时通过统计学分析手段和共现性网络图构建和相关性分析了解典型抗性基因在混合消化过程中的削减效果，明确ARGs的传播机制和对外界环境因素的响应机制，为污泥和畜禽粪便的资源化利用以及耐药性控制提供理论支撑六项目研究进度安排分年度写第一年度

2020.06-

2021.

051、查阅国内外相关的研究资料，制定具体的研究计划和实施方案，为项目的开展做好充足的准备；

2、与相关的污水处理厂及养殖场进行沟通、交流，采集实验所需的污泥和畜禽粪便样品，并对其基本的理化性质进行测定；

3、设计并搭建MEC-AD耦合批次实验反应装置，并通过控制污泥/畜禽粪便的物s ARGSADAROS料配比和外源电压设计一系列批次反应装置，测定各装置的产气量和理化指标,通过响应面分析探究出最佳的物料配比和外加电压第二年度

2021.06-

2022.

051、设计并搭建MEC-AD耦合半连续反应装置，将装置置于最佳反应参数下运行100天左右，定期对装置的产气量、气体成分、TS、VS、C0D、挥发性脂肪酸等指标进行测定，监测装置的运行状态；

2、将消化样品冷冻干燥后提取样品总DNA,并对样品进行16SrRNA扩增子测序，分析混合消化过程中古菌和细菌群落的动态变化情况和响应机制；

3、通过宏基因组测序数据分析结果构建关键微生物的代谢通路和功能基因动态变化规律，全面揭示ARGs的传播机制，甄别与抗性基因削减相关联的主要环境因子和微生物菌群；

4、发表相关研究论文1篇，撰写相关研究报告七已有基础

1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩项目申请人所在研究团队多年来一直从事固体废弃物资源化处置的相关研究，对于厌氧消化反应装置的搭建和相关运行参数的优化调控具有丰富的经验研究团队已成功申请并完成了湖南省科技厅重点研发项目“污泥强化厌氧消化工艺联合去除抗性基因、致病菌的研究”，还成功申请了“基于宏基因组学的抗性基因在城市污泥厌氧消化过程中的行为机制及削减方法研究”等厌氧消化相关的基金项目，研究结果也成功发表在了高水平SCI期刊上，具有较好的研究基础，部分已完成的科研工作为本项目的开展提供了坚实的理论基础和技术保障，具体如下

（1）抗生素抗性基因的丰度和在厌氧消化过程中的变化趋势研究污水处理厂是ARGs的一个重要的储存库，是环境中抗性基因的一个重要的点源污染源污泥的排放会使环境中的抗生素和ARGs的浓度增加，细菌在环境中抗生素的选择性压力下会通过基因突变陈胜不同程度的抗生素耐药性，或者通过抗性基因的水平转移从其他耐药菌获得抗性基因，从而导致抗生素在后续的使用中失效故抗生素抗性基因（ARGs）的检测在研究ARGs在污泥中的丰度及其分布情况中十分重要，本研究对长期处于三种四环素类（四环素、土霉素、金霉素）和三种磺胺类（磺胺嘎嗖、磺胺甲二嘤、磺胺甲恶嗖）抗生素胁迫下的污泥厌氧消化装置（ReacterB）和没有添加任何抗生素的厌氧消化对照装置（ReacterA）定期取样，将样品冷冻干燥后进行样品DNA的提取、纯化并设计多对目标抗性基因及相关基因水平转移元件的上、下游引物通过不断优化PCR的反应体系和退火温度等条件，使目的基因达到较高的扩增效率（90-110%）,从而达到污泥样品中抗性基因及其相关水平转移元件的定量分析要求然后通过实时荧光定量PCR的技术，对几种常见的四环素类抗性基因（tetA、tetM、tetW）,磺胺类抗性基因（sulE sulll）和I类整合子（intH）进行准确的定量分析，探究ARGs在污泥中的丰度和分布情况研究发现除了tetM的对照组，其他ARGs在厌氧消化反应结束后丰度都有了一定程度的增长，其中tetA、tetW.sulE sulll在对照组和实验组中的丰度分别增加了

1.0011ogs/l.0411ogs,l.0011ogs/l.0061ogs,l.0081ogs/l.033logs和

1.029logs/

1.087logSo且在抗生素的胁迫下，tetA.tetW.sulll的丰度增长幅度更大同时借助宏基因组测序（Metagenomic）技术，通过DNA测序、去冗余和组装后，将其与抗性基因数据库ARDB、物种数据库MicroNR、致病菌数据库HPB等进行比对，结合多种统计学方法全面揭示污泥中所有的抗性基因片段及其相关水平转移元件等的分布特征研究发现，污泥中丰度最大的几种抗性基因种类分别为大环内酯类（28%）、四环素类（24%）、氟喳诺酮类（20%）和肽类（20%）抗生素抗性基因而磺胺类抗性基因则仅仅只占了所有抗性基因丰度的2%这一现象与人体肠道中的抗生素耐药基因分布情况十分相似，其中最主要的抗性基因种类也是大环内酯类和四环素类该研究工作的开展为本项目中混合消化过程ARGs削减机理和传播机制的探究提供了良好的技术保障

（2）污泥和餐厨垃圾进行混合消化对厌氧消化产气效率的提高和微生物群落的影响为了提高污泥厌氧消化产气效率，将餐厨垃圾与与污泥进行了混合消化实验,将220天的混合消化过程分为四个阶段，并逐渐增加装置的有机负荷，以探究不同负荷的餐厨垃圾对消化系统稳定性、产气效率以及微生物群落的影响结果表明，随着有机质负荷的增加，阶段一和阶段二都出现了TVFAs/TA值大于

0.4的情况，但随着消化的进行，系统适应了高有机负荷的运行环境，具有了一定的缓冲能力与TVFAs/TA值同时升高的还有VS值和甲烷产量，甲烷产量在阶段二达到了峰值430mL/gVS但addedo是后期随着有机负荷的增大，甲烷产量呈现出了逐渐下降的趋势此外，随着餐厨垃圾的不断加入，污泥中的微生物群落的多样性指数是逐渐降低的，且细菌群落对餐厨垃圾的耐受能力比古菌群落更差一些，更容易受到影响在丰度前100的属中以203个亚属水平的OUT表示，大多微生物都隶属于Firmicutes73/203,Proteobacteria40/203,Actinobacteria24/203和Euryarchaeota16/203阶段二中畜禽粪便的添加使得Ruminococcus和Streptococcus得到了富集,o相对丰度分别从前期的

0.2%和

0.1%增加到了

10.2%和

12.6%然而随着有机负荷的o不断提高，这两种占主导地位的微生物属类丰度逐渐下降到了次要水平，并最终在阶段四完全消失该研究工作的成果开展为本项目中畜禽粪便/污泥混合消化系统的成功搭建和参数优化提供了理论指导

2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法已具备的条件申请人所在的研究团队在前期的工作中，成功搭建并运行了一系列序批式和半连续的厌氧消化反应装置，在装置运行参数的调控和运行状态的调整与把握上打下了坚实的研究基础，探究出了最适的厌氧消化启动条件，且已经成功进行过污泥中温厌氧消化、高温厌氧消化、餐厨垃圾混合消化等一系列厌氧消化实验相关工作得到了国家自然科学基金委、湖南省科技厅等机构的资助，所获成果获得了业内的广泛认可，并发表了多篇高水准的学术论文，包括《Bioresource Technology》2017,244824-835,《Science ofthe TotalEnvironment^2018,612788-798,{Science ofthe TotalEnvironment》2019,683124-133等能为本项目的开展提供所需要的设备装置和技术手段，并且申请人所在研究团队精通高通量测序等分子生物学分析手段，为微生物和抗性基因层面的相关机理探究提供了技术保障尚缺少的条件申请人所在研究团队至今还没有进行过微生物电解池相关工作的研究，对装置的搭建与维护、参数的调控与优化等方面缺少相关实验经验且此前也没有进行过MEC-AD联用的相关实验，许多实验的注意事项都需要进一步摸索、探究解决方法申请人拟通过阅读大量文献和相关资料，通过一系列探索性实验对微生物电解池装置的搭建进行摸索，同时也将就实验过程中遇到的具体问题请教有相关实验经验的师兄师姐，通过自己的不断尝试和别人经验的借鉴逐步完成相关实验装置的搭建与维护工作

三、经费预算预算经主要用途阶段下达经费计划元开支科目前半阶段后半阶段费（元）10000预算经费总额

50001.业务费5000高通量测序

（1）计算、分析、测试费

（2）能源动力费//

（3）会议、差旅费//

（4）文献检索费//

（5）论文出版费//2000相关仪器购买

2.仪器设备购置费2000相关实验装备购买

3.实验装置试制费1000实验用品购置

4.材料费批准经费注经费开支科目包括业务费（计算、分析、测试费，学术会议费，调研差旅费,文献检索费，论文出版费）、实验设置试制费、材料费等

四、指导教师意见导师（签章）:年月日

五、学院大学生创新训练计划专家组意见专家组组长（签章）:年月日

六、学校大学生创新训练计划专家组意见负责人（签章）:年月日

七、大学生创新创业训练计划领导小组审批意见负责人（签章）:年月日填写说明

1.本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要

2.申请人应为本科生创新团队，首页只填负责人“项目编号”一栏不填

3.申请书（含简表）正文填写需采用仿宋GB

2312、小四号字体，单倍行距双面印刷，左侧装订成册可网上下载、自行复印或加页，注意排版和打印的美观和规范

4.负责人所在学院认真审核，经初评和答辩，签署意见后，将申请书报送湖南大学学生创新创业中心基本情况生物电化学系统强化畜禽粪便与污泥共消化产甲烷效率和抗生素抗性基因削减项目名称的研究项目所属专业类按《普通高等学校本科专业目录和专业介绍2012年》填写申请金20000元起止年月2020年6月-2022年5月额负责人马琛惠性别女民族汉族出生年月

2001.

6.1姓名联系方式学号手机指导教个人信息职称助理教授学历博士E-mail熊炜平师负责人马琛惠，环境科学与工程专业学生，在校期间，积极参加学校勤工部门活动，为所在部门“麓过.湘遇“文创室提出多项发展建议，负责人曾经参与且积累了丰富的实践经验，具有强烈的创新精神大一上学期以“湖创新创业的情况大文创产品”为核心向外发散，与小组成员对岳麓山周边各种文创产品售卖情况进行调查和市场及可行性分析，积累了一定经验指导教师承担科主持中央高校基本科研项目2020-2025研课题情况指导老师在项目的立意、申报书的撰写、实验方案的确定等方面都给指导教师对本项予了有力的指导；且在后续将在实验的开展上提供必要的技术支持目的支持情况项姓名学号手机号所在学院项目中的分工目组环境科学与工马琛惠负责人主程学院要环境科学与工成张子欣参与人程学院员环境科学与工徐艺琅参与人程学院环境科学与工袁语欣参与人程学院立项依据（可加页）

（一）项目简介（・字）100200本项目拟将污泥和畜禽粪便两种固体废弃物进行混合消化，通过碳氮互补达到实现共同资源化的目的同时结合微生物电解池技术，加强关键微生物的电子传递效率，提高混合基质的水解效果，从而增加有机质的甲烷转化率通过一系列实验设计探究出有利于产甲烷的最佳工艺参数同时结合高通量测序技术从微生物群落层面和抗性基因削减层面分别探究微生物电解池对厌氧消化的强化效果

（二）研究目的本项目旨在搭建微生物电解池耦合的厌氧消化反应装置，将污泥与畜禽粪便进行混合消化，探究两种物质的最佳混合比例，以达到最佳的产甲烷效果，同时实现污泥和畜禽粪便的资源化利用同时通过控制微生物电解池阴极电位和耦合方式等参数设计一系列实验，探究出最佳的反应参数和条件；此外还通过16s扩增子测序关注厌氧消化关键微生物在反应过程中的群落结构变化情况和对于外部条件的响应机制，从微生物层面分析微生物电解池强化厌氧消化产气的潜在机理;借助宏基因组测序和qPCR等一系列分子生物学手段探究污泥和畜禽粪便中的典型抗性基因在厌氧消化过程中的丰度变化情况，通过Spearman相关性分析、微生物与抗性基因的共现性网络分析等分析手段解释抗性基因传播的关键机理和抗性基因削减的外部驱动因素，为污泥和畜禽粪便的耐药性控制提供研究思路

（三）研究内容近年来我国污泥产量逐年增加，畜禽粪便产量巨大，很大一部分污泥和畜禽粪便得不到妥善处理针对我国污泥含砂量大、有机质含量低和畜禽粪便氨氮含量高，且容易产生氨抑制等实际处理中的瓶颈问题本项目拟将市政污泥和畜禽粪便进行混合消化，综合利用多元数理统计学、16S rRNA扩增子测序、qPCR、宏基因组学等方法，系统评价微生物电解池的耦合对污泥与畜禽粪便混合消化性能的影响，深入探究微生物电解池和厌氧消化联用过程中关键微生物和典型ARGs的响应机制及调控手段，拟开展以下工作

1、微生物电解池和厌氧消化联用装置的搭建本实验通过控制污泥和畜禽粪便配比以及阴极电位大小这两个变量设置六组不同的中温半连续CSTR厌氧消化装置首先将从污水处理厂获取的剩余污泥置于352C的恒温培养箱子厌氧驯化20天左右得到厌氧消化实验所需的接种泥，然后将接种污泥置于设有集气口和进样取样口的中温厌氧消化装置中，将6组装置分为两大组，分别将污泥和畜禽粪便以两种不同的比例混合后使用蠕动泵进样此外，将一对电极分别放入各个厌氧消化反应装置中，每大组中的外加电压分别设置为0,-

0.5,-1Vo固体停留时间设置为10-20天左右，定期对每组装置进行取样，用来分析样品的pH、VFAs、TS、VS和氨氮等理化性质

2、微生物电解池对厌氧消化性能的影响研究为了探究不同外加电压下生物电化学系统对厌氧消化性能的具体强化机制，本项目拟通过一系列仅水解酸化实验和半连续厌氧消化实验分别探究微生物电解池耦合对厌氧消化水解、酸化和产甲烷等阶段的具体影响分析不同大小的外加电压条件下，消化基质的TS、VS、pH值、蛋白质、多糖和挥发性脂肪酸等参数的变化情况，探究微生物电解池耦合状态下有机质的具体转化规律，分析微生物电解池的联用对污泥与畜禽粪便混合消化快速水解酸化、产甲烷等过程之间的内在强化机制

3、微生物对不同外加电场和污泥/畜禽粪便配比的响应机制探究为了探究不同外加电场的存在和不同污泥/畜禽粪便配比对消化基质中微生物群落的选择性作用和微生物群落在MEC反应器中的变化情况，本项目拟对半连续厌氧消化反应不同阶段的基质进行取样，冷冻干燥后对样品进行DNA的提取，然后通过16s扩增子测序技术分析不同样品中古菌和细菌的群落结构与功能信息,探究不同物料配比和外加电压下微生物群落结构之间的差异及造成差异的原因，探究在混合消化过程中起主要作用的关键微生物菌群同时通过冗余分析等手段揭示优势微生物菌群与关键环境因子之间的相关性关系，探究不同环境因子对微生物群落演变的影响从微生物角度解释促进或抑制产气的机理同时关注外加电场的大小对产甲烷古菌群落结构造成的影响，分析微生物电解池耦合工艺对产甲烷代谢途径的选择作用机制

4、典型抗性基因在混合消化过程中的丰度变化情况分析为了探究典型抗性基因在混合消化过程中的削减情况，本项目拟首先通过高通量qPCR对污泥和畜禽粪便中常见的50种抗性基因反应前后的丰度进行测定，然后根据分析结果挑选本项目重点关注的几种典型ARGs,借助实时DNA提取与纯化、荧光定量PCRqPCR等分子生物学技术探究混合消化过程中典型ARGs和相关水平转移元件MobileGenetic Elements,MGEs的丰度变化情况，揭示不同大小外加电压的微生物电解池对不同种类ARGs的削减效果同时构建微生物与ARGs的共现性网络图，分析几种典型ARGs的潜在宿主菌群，结合微生物群落变化情况剖析ARGs丰度变化的原因，探究微生物电解池耦联对污泥/畜禽粪便中抗性基因的影响机制

5、关键微生物代谢机制和抗性基因传播机制的宏基因组学分析宏基因组测序技术可以一次性获得样品中微生物的所有基因序列包括所有功能片段、身份片段、ARGs片段等通过宏基因组测序可以揭示反应器中微生物的系统发育过程和功能多样性，可以研究功能微生物的代谢路径，探究抗性基因的丰度变化情况将消化样品进行冷冻干燥后使用试剂盒提取样品DNA,提取后再进行纯化，然后将纯化后的NDA作为模板，借助Illumima测序平台进行宏基因组高通量测序，对测序数据进行去冗余和组装后，将其与抗性基因数据库ARDB和物种数据库MicroNR等进行比对，然后结合多种统计学方法对测序数据进行分析，以进一步探究微生物群落的结构和代谢功能以及抗性基因的传播转移机制国、内外研究现状和发展动态近年来，我国市政污水的产生量随着城市化进程的加快逐年增加，随之而来的是污水处理厂产生的大量污泥截止到2019年，全国已累计建成城市污水处理r5000多座其中，有90%左右的污水处理厂均采用活性污泥法，通过微生物的代谢活动逐渐消耗利用污水中的有机物质，从而达到净化水质的目的除了能量代谢，部分被分解利用的有机质也被用来维持微生物的生长繁殖，在此过程中，会产生大量活性污泥，作为废弃物被排出体系据报道，预计到2020年，我国市政污泥的产量将突破6000万吨⑴污泥中除了含有大量有机物，还含有重金属、致病菌和抗生素抗性基因AntibioticResistance Genes,ARGs等有害物质，如果不经处理直接排放，会对环境造成很大的影响⑵污水处理厂是ARGs的一个重要的储存库，是环境中抗性基因的一个重要的点源污染源⑶污泥的排放会使环境中的抗生素和ARGs的浓度增加，细菌在环境中抗生素的选择性压力下会通过基因突变陈胜不同程度的抗生素耐药性，或者通过抗性基因的水平转移从其他耐药菌获得抗性基因，从而导致抗生素在后续的使用中失效⑸污泥厌氧消化Anaerobic Digestion,AD作为一种有效的污泥无害化、减量化和资源化的手段,能通过水解发酵、产氢产乙酸、同型产乙酸和产甲烷四个阶段的过程将污泥中的有机质转化为清洁能源甲烷，同时能一定程度地削减污泥中ARGs的丰度，是污泥处置中一种最为经济、有效的方法怀甸但在实际应用中，污泥厌氧消化仍然存在着启动时间长、有机负荷低和产甲烷效率不高等问题⑼因此研究出一种高效的厌氧消化强化工艺是一个亟待解决的问题畜禽养殖业是我国农业经济的支柱产业之一，随着畜禽养殖产业化规模化的发展，畜禽粪便的排放成为了养殖过程中的产生的主要环境问题「⑹据报道，湖南省在2018年的畜禽养殖粪便总量就达到了

4900.95吨在畜禽养殖过程中不可避免地会使用到大量的兽用抗生素用于促进动物生长或者疾病治疗，这些抗生素并不能完全被动物吸收，并且可能会诱导动物肠道微生物在抗生素的胁迫下产生抗性基因，这些抗性基因和未被吸收的抗生素最终随着动物粪便被排出体外冈如果将畜禽粪便直接进行土地利用，会造成抗生素和抗性基因在环境中的大量累积，对地下水和土壤环境造成巨大危害，畜禽粪便农用施肥就是粪便中耐药细菌和抗性基因进入环境的主要途径回此外，农产品中的抗性基因和土壤中的抗性质粒极有可能伴随食物链最终进入到人体，增加人体的抗生素耐药性皿研究者对各种畜禽粪便中抗性基因种类进行调查发现，畜禽粪便中含有的主要抗性基因种类为四环素类、磺胺类、大环内酯类和喳诺酮类1⑶Tang等研究发现，长期施用了粪肥的土壤中，tetO、tetM、tetW等多种抗生素抗性基因的丰度远远高于对照组，且在长期施用粪肥的稻田深层土壤中仍然能检测到一定浓度的抗性基因[⑹Elodie等也发现，在液态猪粪施用后的几周，作物土壤和农田排水中的tetT和sull丰度均明显有所增加因此，对养殖场畜禽粪便的无害化处置是实现生态养殖重要的一环畜禽粪便中含有高浓度的有机物和氨氮，直接将其进行厌氧消化处理不利于微生物的发醉，且高氨氮含量容易造成产甲烷菌的氨抑制现象，不利于甲烷的产生.因此将畜禽粪便与污泥进行混合消化能在有效改善污泥厌氧消化可生化性的同时调节消化基质的碳氮比，有助于增强微生物的代谢活性，提高甲烷产量，从而节约污泥和畜禽粪便的处理成本加厌氧消化作为一种主要的污泥稳定化工艺，具有能大大减小污泥体积，改善污泥性能，灭活致病菌以及产生清洁能源甲烷等优点然而，在实际应用过程中，直接对污泥进行单独厌氧消化仍然存在着启动时间长、有机负荷率低和产甲烷效率不高等问题污泥组成复杂，其中的纤维素等成分具有难以降解的特征，在水解阶段不能被充分溶解利用，从而限制了后续的产甲烷过程，这就使得污泥的水解成为了厌氧消化的主要限速步骤加研究者采用了许多不同的手段来提高污泥的水解速率，如采用不用的预处理手段来破坏污泥中微生物的细胞结构，促进细胞内有机质的溶出⑵通过与餐厨垃圾、畜禽粪便等高有机负荷的物质进行混合消化来促进基质的水解酸化⑵㈤；通过添加金属纳米颗粒、活性炭等材料来提高水解细菌的生物活性，加快有机质的降解等加2,总结起来现有研究对于厌氧消化的强化手段主要可以分为三种通过预处理、外源添加剂投加或者工艺优化来达到促进污泥水解、提高甲烷产量的效果预处理手段以促进细胞破壁为目的来达到使污泥增溶的效果，主要包括物理法、化学法、生物法和各种手段联用的方法等刘吉宝等研究发现，使用600W微波对污泥进行预处理后，促进了污泥中胞外聚合物Extracelluler PolymerSubstances,EPS和微生物细胞的破解，使污泥的sCOD增加了

454.12%,30d的累积甲烷产量也得到了显著提升⑶Han等将污泥在165K的条件下进行了50min的热水解预处理，发现热水解预处理能提高低碳氮比基质消化性能的作用，预处理后，甲烷的产量增加125%由于厌氧消化是众多微生物一起参与的一个生物化学过程，通过添加一些催化剂来提高微生物的代谢活性也是用来提高厌氧消化性能的重要手段之一Zhang等通过氧化石墨烯、酵素和纳米零价铁等材料的添加来强化污泥厌氧消化的产气性能，发现这些材料主要是通过改变厌氧消化的停滞期lag phase、提高部分水解细菌的生物活性和影响不同微生物之间的互营关系来提高有机质的水解效率，从而达到提高污泥产甲烷性能的目的四皿Hong等发现，向污泥中添加适量活性炭能促进水解细菌和产甲烷古菌之间的直接种间电子传递Direct InterspeciesElectron Transfer,DIET效率，从而促进有机质的降解和甲烷的产生区刈但是，对污泥进行预处理成本太高，向消化基质中投加外源添加剂也有可能存在二次污染和添加剂回收等后续问题，因此，通过工艺的优化来达到提高厌氧消化性能的手段在实际应用过程中往往更为常见混合消化作为一种常见的工艺优化手段，通过将含碳量较高的物质与污泥进行合适配比后进行共同消化，提高污泥的有机负荷，来达到提高水解性能和产甲烷效率的目的在合理的范围内，消化基质的有机负荷越高，产甲烷效率往往更高餐厨垃圾、畜禽粪便、秸秆等有机质含量较高的物质直接进行厌氧消化容易产生酸败等风险，而污泥的碳氮比低是其厌氧消化效率不高的原因之一，因此不少学者将二者进行混合消化，能使二者达到一个互补的作用，从而减少装置的有机酸累积，提高甲烷产量⑻Xu等发现将餐厨垃圾与污泥进行混合消化，随着有机负荷的逐渐升高，甲烷产量也随之升高，最高时比单独消化的产甲烷效率提高了43%左右，然而当有机负荷超过一定阈值之后，腐殖酸等有毒副产物也会累积到一定程度，从何影响微生物的活性，造成甲烷产量的下降⑼因此在混合消化过程中，要选择合适的添加比例，才能有效保证甲烷的产生微生物电解池作为一种高效的生物电化学手段，与污泥厌氧消化工艺耦合能有效解决其启动时间长、对环境因子过于敏感等问题有研究发现，生物电化学技术能有效削减污水中的抗性基因丰度网，但其中涉及到的主要反应机理、MEC对抗性基因宿主细胞产生的具体毒性效应以及有关微生物之间的互营作用和代谢通路还没有被很好的探究因此探讨MEC对混合消化的产甲烷性能提升和抗性基因的削减对畜禽粪便和污泥的资源化、无害化处置具有重要意义微生物电解池（Microbial ElectrolyticCells,MEC）是一种可兼顾污染物去除和能量回收的环境生物技术在外加电场的作用下，附着在阳极的电化学活性微生物能将有机物降解，产生CO、e一和H+,其中e-能经由外电路转移到阴极,而H+则在阴极被进一步还原成为H

[3536]O近年来，也有不少研究者发现微生物能在MEC的阴极将COZ还2原产生甲烷微生物电解池工艺有助于提高微生物之间的胞外电子传递效率，从而促进有机质的降解在装置运行的过程中MEC的阴极能富集大量嗜氢型产甲烷菌，将1和CO2还原产生甲烷施因此，近年来有不少学者将微生物电解池与污泥厌氧消化工艺耦合来提高污泥的水解和产甲烷效率Liu等发现，将生物电化学系统与厌氧消化工艺相耦合可以在较低温度（100时使厌氧消化仍然保持较好的产甲烷性能的此外，也有研究表明将生物电化学系统应用于厌氧消化体系中能有效降低污水中的抗生素浓度并对污水中的抗性基因有较好的削减效果的但是MEC对污泥中抗性基因的削减机制仍然鲜有报道，且不同环境因子，如pH、阴极电位和重金属离子等对抗性基因的影响以及MEC削减抗性基因过程中涉及到的具体机理也有待进一步研究在污水处理的过程中，大量的抗性基因和耐药菌进入到污泥中并最终被排出系统畜禽养殖中也有大量未被吸收的抗生素和抗性基因随着粪便排出体外，进入到环境中皿厌氧消化及其强化工艺作为固体废弃物重要的无害化手段之一，对部分抗性基因的削减具有一定的效果⑷1Ying等分别探究了高温和中温的两相厌氧消化反应器对13种常见ARGs的影响，结果发现高温两相反应成功削减了tetA,tetG,tetX,sull,ermB,dfrAl,dfrA12和I类整合子（intH）的基因丰度，但是中温反应仅对ermB和blaTEM两种抗性基因有一定的削减效果⑷；Tong等发现，酸和微波的联合预处理对抗性基因有很好的去除效果，抗性基因的总绝对丰度在预处理后下降了15%,tetA,tetC,tetM,tetO,tetX,blaSHV,blaCTX-M和ampC的丰度分别下降了

0.62-

2.621og,但是在随后的厌氧消化过程中，tetC,tetM和tetO却出现了反弹的情况、基因丰度反而增加了

108.7-

840.6%

[4344]；Zhang等将污泥与含有较高浓度抗性基因的猪粪进行为期22天的共消化，结果发现，虽然总的抗性基因丰度在经过厌氧消化过程之后是下降的，但是不同抗性基因的丰度变化趋势各不相同，ermB,tetM,tetG,sull,blaTEM和mcrT的基因丰度得到了不同程度的削减，其中，丰度最大的ermB和tetM分别下降了

63.85%和

36.88%,但是,tetX,sulll,ermF和blaCTX-M这四种抗性基因却在厌氧消化过程中得到了富集的；Xu等进行了快速升温模式的高温厌氧消化反应，发现除了tetM,高温厌氧消化对其他八种常见了四环素类和磺胺类抗性基因，以及intH都有很好的削减效果，有效减缓了污泥中的ARGs向环境中的进一步传播⑸从这些人的研究结果我们可以看出，不同的厌氧消化模式对不用种类的抗性基因有着不同的作用，但总的来说厌氧消化对总的抗性基因丰度还是有着较好的削减效果不同ARGs在厌氧消化过程中的不同表现可能与其不同的抗性机制以及宿主菌群种类有关，研究抗性基因与微生物以及环境因子之间的协同作用，探究特定ARGs的削减机制对控制市政污泥对环境的耐药性威胁有着重要的意义参考文献:

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