【摘 要】
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在能源紧缺、环境污染日趋严重的今天,厌氧消化技术具有处理污染、能源回收和生态良性循环等优点,已成为处理有机废物的最好途径。联合厌氧消化可以实现多种有机固废协同资源化能源化利用。研究多源有机固废序批式和半连续式联合厌氧消化协同增效特性,揭示餐厨垃圾(FW)、牛粪(CM)、玉米秸秆(CS)共消化基质C/N比、协同增效应及微生物群落结构之间的关系。实验研究以餐厨垃圾、牛粪、玉米秸秆为厌氧消化基质,以浓缩
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在能源紧缺、环境污染日趋严重的今天,厌氧消化技术具有处理污染、能源回收和生态良性循环等优点,已成为处理有机废物的最好途径。联合厌氧消化可以实现多种有机固废协同资源化能源化利用。研究多源有机固废序批式和半连续式联合厌氧消化协同增效特性,揭示餐厨垃圾(FW)、牛粪(CM)、玉米秸秆(CS)共消化基质C/N比、协同增效应及微生物群落结构之间的关系。实验研究以餐厨垃圾、牛粪、玉米秸秆为厌氧消化基质,以浓缩污泥和厌氧污泥为接种泥分别进行序批式和半连续式联合厌氧消化。实验结果表明,餐厨垃圾与玉米秸秆单基质厌氧消化受到有机酸(VFA)抑制,总有机酸(TVFA)峰值分别达到9992.2±276.4mg/L和9171.8±579.8 mg/L,p H值下降到5.07和5.21。序批式联合厌氧消化实验中R5(65%餐厨垃圾+35%牛粪)的协同率最高(22.3%),累积甲烷产量分别达到264.7±13.5m L/g VS和385.1±18.3 m L/g VS,该系统中氢营养性产甲烷菌(68.9%)和Methanosarcina(14.6%)的相对丰度最高且群落多样性最高,从而维持了更多样化的产甲烷途径,因此确保了强大的产甲烷功能。餐厨垃圾与玉米秸秆的联合厌氧消化的协同率(7.9%和4.9%)最低,但Syntrophomonadaceae与氢营养型产甲烷菌的协同代谢解毒作用加速了系统恢复。半连续式厌氧消化实验中,基质配比75%餐厨垃圾+25%玉米秸秆联合厌氧消化实验的Syntrophomonadaceae的相对丰度最高(26.7%),甲烷产量最高(467.3~507.6 m L/g VS)。基质C/N比为20.79的R17的联合厌氧消化获得了最大的产甲烷协同率(14.6%)。R3、R9、R12三个反应器在第二阶段系统失衡,通过添加尿素将C/N比调整为30,逐级提升有机负荷,R3和R9的甲烷产量分别从第179天和第175天的221.2±2.4和309.5±3.6 m L/g下降到第190天的0。甲烷含量也从49.7±0.4%和52.8±0.3%降至0。p H值从6.73迅速下降,最后在第190天降至4.93和4.26,补充尿素的r3、r9和r12在第5阶段的高负荷下仍然保持了较好的系统性能和稳定性,表现为高甲烷产量(242.1±3.1m L/g VS、333.3±5.8 m L/g VS和241.4±4.3 m L/g VS)、高甲烷含量(50.7±0.3%、53.9±0.3%和51.6±0.3%),适宜的p H值(7.11±0.01、7.08±0.03和7.14±0.03)和较低的TVFA浓度(644.6±113.6 mg/L、767.9±316.6 mg/L和745.7±343.6 mg/L)。协同作用是由改善营养平衡(C/N比)、稀释毒性物质(VFA)、提高缓冲能力(p H)、协同代谢解毒等耦合作用产生的,最终体现在微生物群落功能上。
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