随着我国随着经济和城市化进程的持续发展,特别是垃圾分类实行以来,餐厨垃圾(food waste,FW)的清运量迅速增长,急需妥善的处理处置。厌氧消化技术不仅能够实现FW的减量化和稳定化,还可回收可持续能源。然而,一方面FW厌氧单消化易因体系内营养不平衡导致产甲烷效率低下;另一方面当有机负荷过高时,易发生酸抑制导致系统稳定性差。此外,FW已成为新兴污染物抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的来源和储存库之一,但其厌氧生物处理过程中ARGs的赋存与传播特征尚不清楚。因此,本论文针对于FW厌氧消化中“产甲烷效率低、系统稳定性差和ARGs迁移规律不明”等问题,在序批式厌氧反应体系中,开展协同共消化和活性炭添加强化产甲烷策略以及过程中ARGs行为特征研究,从以下3个方面展开:(1)探究FW与果蔬垃圾(fruit vegetable waste,FVW)共消化产甲烷的协同效应及其微生物机理;(2)探究FW与油脂共消化时不同油脂含量对产甲烷效率和ARGs变化的影响及其微生物机理。(3)在高有机物含量系统中,探究不同粒径的活性炭对产甲烷效率和ARGs变化的影响及其微生物作用机制。主要研究结果如下:1)采用FW和FVW进行共消化,探究不同FW:FVW对甲烷产生和有机物降解的影响,分析微生物群落变化以揭示其微生物机理。研究表明当FW:FVW为0.5:0.5时,甲烷产量最高(411.2±26.5 m L/g-VS),是甲烷产量最低组(FVW单消化)的1.2倍。FW和FVW共消化协同效应引起的有机物持续溶出和挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)持续产生与转化是甲烷产量提升的关键。共消化过程中Proteiniphilum等参与VFAs产生的功能细菌富集,为产甲烷过程持续提供了底物,从而提升了甲烷产量。2)采用FW和油脂进行共消化,探究不同油脂含量对甲烷产生和ARGs变化的影响,解析微生物群落演替以揭示其微生物机理。结果显示高油脂体系(Oil:FW比例为0.3:0.7和0.5:0.5)能够提升共消化甲烷产量,相较于单消化组,分别提升了3.5%和8.0%;显著延长产甲烷滞后期(P?0.05),分别延长了9.1%和25.3%。厌氧消化早期与最终阶段中微生物群落结构发生了明显变化,且高油脂体系改变了微生物群落并富集了LCFAs-β-氧化细菌(Syntrophomonas)和VFAs降解细菌(Gelria),从而可能促进脂质降解和甲烷产生。此外,与消化初始相比,FW单消化以及共消化过程均有助于削减ARGs,且高油脂体系显著增强了ARGs的削减效果(P?0.05)。在高油脂体系中,潜在宿主细菌丰度的降低可能导致几种ARGs削减,从而影响总ARGs的变化,因此,潜在宿主微生物是ARGs迁移转化的主要驱动因子。3)在高有机物含量的体系中,引入不同粒径的两种活性炭材料,探究活性炭添加对产甲烷效率、系统稳定性和ARGs变化的影响,解析微生物群落、功能基因和甲烷代谢变化以揭示其微生物作用机制。研究表明,在厌氧消化初期,无论有无添加活性炭,系统内VFAs均快速积累,总VFAs达到8900.2-11412.8 mg/L,发生酸化抑制,降低了产甲烷菌活性,导致产甲烷过程停滞。颗粒活性炭(granular activated carbon,GAC)和粉末活性炭(powdered activated carbon,PAC)添加均能够促进VFAs消耗,缓解酸化抑制,从而加速产甲烷启动和提升甲烷产量,并且PAC的表现显著优于GAC。具体地,5 g/LPAC添加组中累积甲烷产量最高(508.1±27.1 m L/g-VS),相较于对照组,显著提高了22.0%(P?0.05);10 g/LPAC添加组中产甲烷滞后期最短(17.8 d),显著缩短了62.5%(P?0.05)。PAC添加明显改变了微生物群落且富集了互营VFAs氧化细菌(Gelria和Syntrophomonas)和直接电子传递相关微生物(Geobacter和Methanosarcina)。宏基因组学分析表明PAC和GAC可能作为电桥促进微生物间能量和电子传递,并强化了氢营养型和乙酸营养型产甲烷途径,从而促进VFAs降解和甲烷产生。此外,厌氧消化过程对总ARGs具有削减作用,而最终PAC添加组中ARGs总相对丰度显著高于对照组(P?0.05),即PAC添加削弱了ARGs的削减效果。网络分析表明,ARGs的潜在宿主细菌主要为Firmicutes、Bacteroidetes和Synergistetes门细菌,且PAC添加引起的某些宿主微生物的富集是目标基因增加的主要驱动力。综上,本研究得出FW与FVW以及油脂进行协同共消化能够提高甲烷产量;PAC添加能够有效缓解酸化抑制,提升系统稳定性从而促进甲烷产生。厌氧消化过程有助于削减ARGs,但是高油脂体系和活性炭添加能够影响ARGs的行为特征。且微生物菌群变化是影响甲烷产生和ARGs变化的主要驱动力。本研究能为强化FW厌氧生物处理产甲烷效率和了解厌氧消化过程中ARGs的行为特征提供理论基础。