随着全球每年餐厨垃圾(FW)产量预计在2050年突破34亿吨，传统处理方式如焚烧和填埋已难以满足可持续发展需求。厌氧消化(AD)虽能将FW转化为沼气，却面临水解效率低、系统稳定性差等瓶颈。尤其当FW富含蛋白质、脂类等大分子时，水解常成为限速步骤；而碳水化合物为主的FW则易因酸化阶段积累短链脂肪酸抑制后续产甲烷。更棘手的是，现有碳管理策略如CO₂注入虽能提升5-13%甲烷产量，但存在操作复杂、成本高昂等问题。在此背景下，寻找既能强化AD效率又具经济可行性的技术成为研究焦点。

中国国家重点研发计划支持的研究团队创新性地提出零价铁(ZVI)与CO₂协同策略。通过批次实验系统评估不同ZVI剂量(0.5-2 g/L)和CO₂注入时长(1-5分钟)的组合效应，结合三维荧光光谱(3D-EEM)和电化学分析揭示机制。研究采用上海青浦吾悦广场采集的FW为底物，经预处理后与接种污泥在恒温厌氧反应器中运行。关键检测包括甲烷产量监测、水解/酸化效率计算、微生物群落高通量测序以及循环伏安法(CV)分析电子转移活性。

碳 dioxide-driven 厌氧消化在餐厨垃圾中的零价铁强化效应
实验数据显示，1 g/L ZVI与3分钟CO₂注入的组合使FW4组甲烷产量在第18天达624.4 mL/gVS，较对照组(FW0)提升44.7%。这种协同效应源于ZVI腐蚀反应(4Fe? + CO₂ + 4HCO₃^? + 4H⁺ → 4FeCO₃ + CH₄ + 2H₂O)，既提供电子供体又促进CO₂固定。

水解与酸化效率的突破性提升
ZVI-CO₂体系使蛋白质、多糖和脂类水解效率分别提高41%、65%和57%，对应酸化效率提升48%、44%和24%。这种全面增强归因于ZVI通过Fe?→Fe2?转化维持适宜氧化还原电位，缓解酸积累对微生物的抑制。

微生物群落与功能重塑
高通量测序显示CO₂显著优化微生物组成，氢营养型产甲烷菌Methanobacterium丰度增加25.7%。ZVI则通过促进直接种间电子传递(DIET)强化互营细菌与产甲烷古菌的协作，这通过循环伏安法检测到的氧化还原活性增强得到验证。

该研究开创性地证实ZVI-CO₂协同可突破AD过程多重限制：在物化层面，ZVI腐蚀产生的活性氢促进CO₂还原；在生化层面，优化Wood-Ljungdahl通路碳流向甲烷转化；在工程层面，1 g/L的低剂量ZVI方案具备规模化应用经济性。发表于《Bioresource Technology》的这项成果，不仅为有机废弃物处理提供新范式，更拓展了CO₂生物转化在环境工程中的应用边界。

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