近年来的主要学术成绩如下：

（一）通过热化学与厌氧消化耦合实现难生物降解有机废弃物的高效转化。

• 研发了合成气与有机废弃物同步厌氧消化的技术，揭示了合成气转化的微生物学机制

难生物降解的有机废弃物可以采用热解气化的方法制备合成气，其主要成分为CO，CO2和H2，合成气能量密度低，课题组提出了利用厌氧反应器同步实现有机废弃物处理及合成气甲烷化的概念。开发了合成气与污水厂污泥厌氧消化相耦合的工艺，采用中空纤维膜厌氧反应器实现了污泥厌氧消化反应器中合成气向甲烷的高效转化，阐明了合成气转化的微生物学机制；为提高厌氧污泥对CO的耐受性，开发了基于厌氧颗粒污泥同步转化合成气与有机废水产甲烷的技术，证实了厌氧颗粒污泥对CO有较高的耐受性；此外，针对以空气为气化剂的气化中合成气含有大量N2会影响沼气中甲烷浓度的问题，开发了两相厌氧消化技术，避免了N2进入产甲烷相。该技术可以在处理有机废弃物\有机废水的同时实现合成气的甲烷化。研究成果在Water Research、Environmental Science and Technology、Chemical Engineering Journal等期刊上共发表SCI论文8篇。

• 研发了水热转化与厌氧消化耦合的技术，阐明了水热液中复杂有机物的组份及转化机制

难生物降解有机废弃物可通过水热转化制备水热炭、生物油等产品，同时也会产生大量高浓度水热液，可通过厌氧消化制备沼气，然而水热液有机组份复杂、厌氧转化效率低。课题组结合FT-ICR MS、LC-OCD-OND、GC-MS等方法阐明了水热液有机组份受原料、水热条件影响的变化规律及其厌氧消化降解特性；研究发现相比于高温厌氧消化，中温厌氧消化菌群更丰富、代谢类型更多样、芳香类物质的降解效果更好因此可提高水热液的产甲烷效率；水热液采用有机溶剂萃取降低了难降解有机物的含量，提高厌氧降解效率，厌氧消化菌群不受影响；污泥水热液厌氧消化过程中投加颗粒活性炭和水热炭可以强化共生微生物的生长，富集代谢功能多样的微生物，促进含氮化合物的降解，提高水热液有机物的转化效率。研究成果对于难降解有机废弃物的水热转化资源化利用至关重要，有望耦合厌氧消化实现有机废弃物的充分利用。在Water Research、Environment International、Green Chemistry, Chemical Engineering Journal等期刊上共发表SCI论文9篇，其中1篇为ESI高被引论文。

（二）通过菌群定向调控提高厌氧消化的稳定性、效率及沼气中甲烷浓度

• 研发了有机废弃物高效产氢产甲烷技术，提高了厌氧消化的稳定性同时揭示了产氢过程中耗氢菌的活性及抑制策略

有机废弃物两段式厌氧产氢产甲烷可以分别在两个反应器中富集相应的菌群使其在最优条件下生长，课题组开发了污泥及酒糟高效厌氧产氢产甲烷工艺，可以提高厌氧消化系统稳定性及产甲烷效率；厌氧发酵产氢系统中，如何抑制耗氢菌，进而提高氢气产率是一个关键问题，课题组系统阐明了厌氧发酵产氢系统中同型产乙酸菌、产甲烷菌两类耗氢菌受预处理，发酵温度和pH的长期影响，提出了耗氢菌的抑制策略，发现只有在高温55oC以及pH为酸性或者碱性的条件下可以长期抑制耗氢菌的活性；污泥在55oC和pH10的条件下同型产乙酸菌活性完全受抑制，氢气产率达到80 mL/gVS，远高于文献报道的10-20 mL/gVS，进一步和厌氧产甲烷耦合可以显著提高污泥的转化效率。该研究成果可以提升了厌氧消化的稳定性和效率，同时改变了研究者对于厌氧发酵产氢中通过预处理即可完全抑制耗氢菌活性的认识。研究成果在Water Research、Applied and Environmental Microbiology、Biotechnology and Bioengineering、Bioresource Technology等期刊上共发表SCI论文8篇。

• 研发了四氧化三铁及水热炭强化厌氧消化技术，提高了有机物厌氧转化效率，同时解析了菌群演替及种间电子传递机制

厌氧反应器由于环境条件及操作条件的改变容易引起有机酸的积累导致反应器酸化，提高有机酸的降解速率可提高厌氧反应器的稳定性，近年来提出的直接电子传递理论为解决该问题提供了理论基础。课题组发现四氧化三铁可以显著提高丙酸的厌氧产甲烷速率，结合宏基因组与宏蛋白组揭示了四氧化三铁存在时直接电子传递和种间氢转移共存的电子传递机制，为导电颗粒在厌氧消化中的作用提供了新的认识；近期课题组采用有机废弃物水热转化过程中产生的水热炭显著提高了有机物产甲烷速率，证明了直接电子传递的存在，但发现直接电子传递与导电性无关，而与水热炭表明的含氧官能团有关，为炭材料在厌氧消化中的应用提供了理论基础。相关研究成果发表在Water research和Environmental Science and Technology上。

• 研发了基于氢气的沼气提纯技术，通过强化耗氢产甲烷途径提高沼气中甲烷的浓度，降低了后续沼气提纯的成本

厌氧消化过程产生的沼气主要包含甲烷（50-70%），将沼气提纯为甲烷含量90%以上的生物天然气受到广泛的关注。课题组提出基于氢气的沼气原位提纯概念。H2可以来源于过剩风电的电解水，焦炉煤气等，目前H2的储存和运输都存在很大问题，将其转化为甲烷后便于储存、运输及利用。课题组实验研究发现气液传质及pH升高是该技术的限制因素，通过采用中空纤维膜供H2及控制厌氧反应器pH小于8，厌氧反应器产生的沼气中甲烷含量可以高达98-99%；氢气能够被微生物快速利用，在混合液中的浓度非常低，不会对丙酸等厌氧中间代谢产物的降解产生抑制； H2可被同型产乙酸菌先转化为乙酸，进而转变为CH4。申请人在以上研究基础上进一步提出了基于氢气的沼气异位提纯技术，可避免H2直接加入厌氧反应器对pH的影响。相关研究成果在Biotechnology and Bioengineering，Bioresource Technology，Applied Microbial and Biotechnology等杂志上共发表SCI论文5篇，申请专利一项。

（三）采用新的分子生物学手段揭示了厌氧消化微生物学机制

厌氧消化过程较为复杂，微生物类型多样且存在互营共生关系，微生物群落组成及代谢功能如何受环境因素的影响仍不清晰，课题组尝试将最新的分子生物学手段应用于解析厌氧消化微生物学机制。针对16S rRNA基因高通量测序，申请人提出将叠氮化钠预处理与其结合避免死亡微生物对微生物群落分析的干扰，阐明了厌氧反应器群落结构在受扰动时的动态变化规律；课题组采用宏基因组学对12个大型沼气厂的微生物取样进行了分析，并通过基因重组提取了132个物种的基因组，揭示了每个物种的代谢功能，建立了微生物物种之间的互营共生关系；利用普氏分析发现厌氧反应器中微生物群落结构决定抗性基因的组成，为从厌氧菌群结构调控角度控制抗性基因的扩散与传播提供了科学依据。相关研究成果为研究厌氧消化微生物学机制提供了新的思路和方法，同时以上研究结果为厌氧消化反应器菌群的形成机制提供了新的认识，在Water Research、Environmental Science & Technology、Biotechnology for Biofuels等杂志上共发表SCI论文7篇。