环境卫生工程 ›› 2026, Vol. 34 ›› Issue (1): 56-66.doi: 10.19841/j.cnki.hjwsgc.2026.01.007

• 有机固废生物处理与高值化利用 • 上一篇    下一篇

痕量金属元素在有机固体废物厌氧消化中的作用机制与投加策略

童 宁,张永梅,王子奇,高 崭   

  1. 1.中核第七研究设计院有限公司;2.太原理工大学 土木工程学院;3.清华大学 山西清洁能源研究院
  • 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-02-28

Regulating Mechanism and Dosage Strategy of Trace Metal Elements in Anaerobic Digestion Systems of Organic Solid Wastes

TONG Ning, ZHAGN Yongmei, WANG Ziqi, GAO Zhan   

  1. 1. CNNC No.7 Research & Design Institute Co. Ltd.;2. College of Civil Engineering, Taiyuan University of Technology;3. Shanxi Research Institute for Clean Energy, Tsinghua University
  • Online:2026-02-28 Published:2026-02-28

摘要: 痕量金属元素(TME)在厌氧消化体系中对酶合成和微生物代谢具有关键调控作用。本研究系统综述了TME在厌氧消化3阶段(水解产酸、产氢产乙酸和产甲烷)中的作用机理:TME不仅能够促进颗粒态有机物的水解效率并增强产酸细菌的代谢活性,还可通过动态调节产酸菌与产甲烷菌的代谢平衡,显著提升系统稳定性与甲烷产量。由于TME在消化体系中存在典型的“低促高抑”浓度效应,其投加策略难以量化。因此,重点分析了底物组成、接种污泥特性、温度、有机负荷率及TME投加方式等关键参数对TME需求与投加策略的影响。进一步总结了通过螯合剂改变TME化学形态、提高其可生物利用性的有效方法,并特别探讨了胞外聚合物(EPS)作为天然绿色配体的潜力,即其丰富的官能团可通过静电、络合和吸附等机制,有效调节TME的可生物利用性,为优化TME投加策略提供了新视角。

关键词: 痕量金属元素, 厌氧消化, 生物利用度, 螯合剂, 胞外聚合物

Abstract: Trace metal elements (TME) play a crucial regulatory role in the synthesis of enzymes and metabolic activities of microorganisms within anaerobic digestion systems. The efficiency of TME in the three stages (hydrolysis and acidogenesis, acetogenesis, methanogenesis) of anaerobic digestion was comprehensively evaluated. It was concluded that TME not only promoted the hydrolysis efficiency of granular organic matter and enhanced the metabolic activity of acidogenic bacteria, but also significantly improved system stability and methane production by dynamically regulating the metabolic balance between acidogenic and methanogenic bacteria. Due to the typical characteristic of low-concentration promotion and high-concentration inhibition of TME in the digestive system, its dosing strategy was difficult to quantify. Therefore, the effects of key parameters such as substrate organic composition, inoculum sludge properties, temperature, organic loading rate, and TME addition methods on the requirement of TME dosing strategy were further investigated. The effective methods for changing the chemical form of TME and improving its bioavailability through chelating agents were further summarized. The potential of extracellular polymers (EPS) as natural green ligands was particularly explored, its rich functional groups could effectively regulate the bioavailability of TME through mechanisms such as electrostatics, complexation and adsorption, providing a new perspective for optimizing the TME dosing strategy.

Key words: trace metal elements, anaerobic digestion, bioavailability, chelating agents, extracellular polymeric substances

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