动态磁场强化餐厨垃圾的厌氧消化

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餐厨垃圾的产生量与日俱增,迫切需要更加有效的处理与资源回收方法。作为一种可持续的处理方式,厌氧消化在处理餐厨垃圾的同时可回收能源物质沼气,同时实现减容减量化和资源化。但是,厌氧生物处理存在启动时间长、水解速度缓慢且有机质转化率低的问题,限制了其在餐厨垃圾处理中的应用。磁场作为一种环境友好的辅助手段,应用于废水处理已经有了广泛的研究。最近的研究表明,磁场与厌氧生物处理工艺结合能够提高厌氧消化性能。但是,动态磁场对厌氧发酵工艺影响的研究较少,尤其是利用导体切割磁感线产生感应电场对厌氧生物处理的影响未见报道。因此,本文研究利用动态磁场加强餐厨垃圾厌氧消化,并利用零价铁和动态磁场的耦合,进一步改善餐厨垃圾的厌氧消化。主要研究结论如下:(1)为了考察动态磁场对于餐厨垃圾厌氧消化处理的影响,本研究设置了一系列峰值不同的磁场强度(0、0.5、5、20、80 m T)的动态磁场作用于餐厨垃圾的厌氧消化系统。结果表明,动态磁场提高了反应器的产甲烷性能。在整个厌氧消化过程中,累积甲烷产量较空白反应器提升都在10个百分点范围内,最高提升9.2%(20 m T)。值得注意的是,在反应初期,动态磁场反应器中甲烷的产生速率和效率都得到了明显的提高。在实验前7天,施加动态磁场的各组反应器的甲烷总产量较空白反应器分别提高了38%(0.5m T和20 m T)和25%(5 m T和80 m T)左右,大大缩短了厌氧反应器的启动时间。动态磁场强化下的厌氧反应器污泥有较大的电容,提高了其电子传递能力。(2)将动态磁场与零价铁耦合应用于餐厨垃圾厌氧处理。结果表明,投加零价铁的厌氧反应器的日甲烷产量较空白反应器最高提高了9.2%。在厌氧消化过程前7天,累积甲烷产量较空白反应器提升明显,提高了40%。这可能是零价铁强化餐厨垃圾水解,促进产甲烷代谢的结果。将其与动态磁场耦合之后,反应器的产甲烷性能得到了进一步的提升,这与动态磁场强化零价铁的作用有关。一方面动态磁场促进了零价铁的腐蚀,增加了反应器中的二价铁溶出;另一方面,零价铁在动态磁场中通过电磁感应产生感应电动势,施加在厌氧系统中实现了与电化学处理相似的效果。动态磁场耦合零价铁反应器累积产甲烷量较空白反应器提高了14.9%;且在反应前7天,累积甲烷产量较空白反应器提升高达47.4%。而且,动态磁场耦合零价铁反应器污泥拥有更高的电子传递能力,这对构建和强化微生物之间的直接种间电子传递过程(DIET)产甲烷有积极作用。
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