随着中国“双碳”目标的深入推进，城市固体废物处理系统的低碳转型已成为实现碳中和路径中不可忽视的一环，特别是在垃圾分类与“零填埋”政策推动下，大量填埋场提前退役并加剧老化，导致填埋气产量与质量显著下降，不仅造成能源资源浪费，也加剧温室气体排放。针对这一现实问题，同济大学黄翔峰教授团队聚焦于填埋场园区可利用的垃圾源有机质回灌这一技术路径，系统探讨其对提升老旧填埋场填埋气甲烷产率与质量的效果与机制，为老旧垃圾填埋场的科学管理、低碳运行和可持续发展提供理论支撑。
图1 摘要图
本研究通过构建老旧填埋场的厌氧模拟系统，设置了老旧渗滤液回灌、湿垃圾浆液回灌及碱调节湿垃圾浆液回灌，系统比较不同外源碳输入对甲烷生成性能的影响。研究结果显示，湿垃圾浆液及碱调节湿垃圾浆液回灌均显著提升了系统运行效率，填埋气甲烷含量较对照组显著增加50.75%~58.31%。这一提升归因于湿垃圾浆液富含易降解有机物与VFAs，有效补充了系统中碳源与代谢前体，促进了产甲烷微生物的代谢活性。
进一步通过宏基因组测序与功能基因分析，揭示了微生物群落结构与代谢路径的变化机制。湿垃圾浆液的投加显著富集了以Methanosarcina、Methanothrix和Methanosaeta为代表的乙酸裂解型产甲烷古菌，并上调了其相关功能基因（如acs、acsCD、cdh等）的表达。相比之下，老旧渗滤液回灌则更倾向于促进氢营养型产甲烷途径。这一发现表明，湿垃圾碳源不仅提供了代谢底物，更通过调控微生物功能结构，引导系统向高效的乙酸型甲烷生成路径转型。
研究还深入探讨了系统中细菌与古菌之间的协同作用机制。湿垃圾浆液显著提高了厚壁菌门与拟杆菌门等产酸菌的丰度，促进了有机物水解与VFAs积累；同时，互营细菌如Geobacter、Syntrophomonas、Desulfovibrio等的富集，增强了直接种间电子传递功能（相关基因pilA、omcS显著增加），进一步推动了乙酸型产甲烷过程。微生物共现网络分析显示，碳源回灌增强了物种间的关联性与系统功能复杂性，形成更为高效的厌氧代谢网络。
图2 湿垃圾碳源回灌提升老旧垃圾填埋场乙酸型产甲烷
本研究不仅从微观机制层面阐明了湿垃圾碳源回灌对老旧填埋场甲烷生成的强化作用，也为城市固体废物管理系统在“零填埋”背景下的低碳运行提供了理论依据与技术路径。通过将湿垃圾处理与填埋场气体资源化相结合，实现了废弃物能源化利用与碳减排的双重目标，为我国城市环境基础设施的绿色低碳转型提供了系统性的解决方案。
相关成果以"Wet waste carbon source recharge improves acetoclastic methanogenesis in aged landfills"为题，发表于环境领域Top期刊Waste Management 。同济大学碳中和研究院博士后张晟曼为论文第一作者，蔡辰副教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、上海市自然科学基金及上海市青年科技启明星计划等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.wasman.2025.115084