论文标题：Size-dependent effects of polystyrene microplastics on anaerobic digestion performance of food waste: Focusing on oxidative stress, microbial community, key metabolic functions

论文作者：Ye Li, Xunan Li, Panliang Wang, Yinglong Su, Bing Xie *

文章简介：

厌氧消化（AD）已被公认为目前餐厨垃圾（FW）的主流处理工艺。但AD是一个复杂的生化过程，涉及多种厌氧功能微生物共同作用，工艺本身稳定性差，易受不利因素影响。作为一种新兴的污染物，FW中的微塑料（MPs）通常被认为具有生物毒性，可能会对消化过程中的功能微生物群落产生不利影响，给AD系统的运行带来新的挑战。值得注意的是，塑料颗粒的大小可能会影响其与功能微生物细胞的潜在接触面积，这将对AD性能产生不同的影响。然而，很少有研究探讨不同粒径的MPs对AD过程的影响，尤其是在高有机质含量的FW处理过程中。另外，不同粒径微塑料暴露对厌氧消化性能的潜在作用机制仍不清楚。基于此，本研究选取了三种PS MPs颗粒尺寸（1 mm、100 µm和1 µm）模拟添加到FW的AD体系中，主要目的是:（1）评价不同粒径PS MPs暴露对AD性能的潜在影响;（2）通过氧化应激、功能微生物、关键酶活性和厌氧功能基因对不同粒径的MPs压力的响应，揭示PS MPs影响甲烷产生的机制。本研究扩大了对MPs暴露于FW AD系统的潜在风险和影响机制的深入认识。

研究结果表明，PS MPs暴露延长了甲烷产生的滞后期，并抑制了FW厌氧消化期间的甲烷产量，且粒径越小或剂量越高对甲烷产量的抑制作用越强。理化指标分析表明，小粒径的MPs延长了有机质的水解，削弱了挥发性脂肪酸（VFAs）的微生物代谢能力，与厌氧消化期间的关键功能微生物（例如Synergistetes、Proteiniphilum和Methanosarcina）的丰度下降相一致，这可能是由于MPs诱导的活性氧（ROS）对微生物造成显著细胞压力，产生长期细胞毒性，导致细胞膜损伤和更多的乳酸脱氢酶（LDH）释放。此外，MPs（特别是小粒径MPs）降低了关键酶（α-葡萄糖苷酶、蛋白酶、乙酸激酶AK和辅酶F₄₂₀）的活性和厌氧功能基因（FTHFS、mcrA和ACAS）的丰度，这可能会对水解、乙酸化和甲烷化过程（尤其乙酰碎屑产甲烷途径）产生不利影响，从而抑制厌氧消化的整体性能。总体而言，这些结果为PS MPs对AD性能的粒径影响效应提供了新的见解。

全文链接地址：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129493

该论文发表在SCI一区刊物Journal of Hazardous Materials（影响因子：14.224）。我院2020级环境工程硕士研究生李烨为第一作者，谢冰教授为通讯作者。