随着我国居民生活水平的提高,厨余垃圾的产量日益增长。高含固厌氧发酵作为一种产甲烷资源化的处理技术,具有能量密度大和无沼液产生等优势。但厨余垃圾的高含固特性也使发酵过程存在传质困难和代谢产物易积累等问题,限制了其工程化应用。有研究表明,碳基导电材料的投加可以有效提升低含固率下厨余垃圾厌氧发酵的产气效能。本文通过对活性炭材料本身的理化性质和体系中微生物群落结构进行分析,研究活性炭对于厨余垃圾高含固厌氧发酵运行效能的影响。在50天的运行过程中,PAC、GAC＿S、GAC＿M、GAC＿L和CAC实验组累积甲烷产量分别比对照组提升了143.5%、87.8%、100.3%、63.8%和45.2%。活性炭投加对于高含固厌氧发酵的降解能力、系统稳定性以及产气效能均有明显的促进作用。在低有机负荷阶段,PAC相较于GAC和CAC的提升作用并不明显。当有机负荷达到10g VS·L-1·d-1时,对照组出现酸化而其他实验组的产甲烷过程受到抑制,PAC的SMP从上一负荷的353.54m LCH4·g-1VS提升到了418.32m LCH4·g-1VS。活性炭材料良好的吸附性能及丰富的孔隙结构都可能是强化厌氧发酵的作用机制,但更为重要的是活性炭介导微生物种间直接电子传递途径,促进厌氧发酵的进行。通过以丙酸为唯一底物的序批式发酵实验对互营丙酸氧化过程进行数值模拟,考虑SAO产甲烷途径和DIET电子传递机制对ADM1模型进行结构拓展和参数优化。校正后的模型拟合优度都在0.97以上,具有很好的拟合效果。模拟结果显示,各反应器中乙酸营养型产甲烷途径仍占据主导地位。对照组RM1中氢营养型途径贡献比例为41.94%,而DIET只有4.73%。而在有PAC材料介导的RM2中,DIET途径贡献比例上升到了16.93%。而在DIET功能微生物得到富集的RM3中,DIET途径占比上升到了34.85%,超过了氢营养型产甲烷途径的贡献。微生物群落结构分析结果表明,相较于对照组各反应器Clostridiale、Ruminococcaceae和Syntrophomonas的丰度均出现了上升,显示了活性炭对水解产酸功能细菌的富集作用。PAC和GAC反应器中丙酸盐氧化菌Candidatus Cloacamonas成为优势菌属,氢营养型产甲烷古菌Methanospirillum丰度也出现了大幅度的上升。活性炭介导Candidatus Cloacamonas和Methanospirillum互营氧化过程的DIET路径,有效促进了脂肪酸的降解和产甲烷过程的高效进行。CAC中乙酸营养型的Methanothrix丰度实现了最大幅度的提升。虽然产甲烷过程得到增强,但在后期不利工况下,产甲烷菌的活性受到极大的抑制,导致反应器运行失败。