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喷洒融雪剂是冬季清除道路积雪的主要手段之一,以乙酸盐为主的生态融雪剂的开发是当前的研究热点。但是,它的成本高昂,应用范围有限。其中,乙酸成本占据了生态融雪剂成本的70%。近年来,中国产生的餐厨垃圾数量持续增加,餐厨垃圾含有丰富的碳水化合物、蛋白质等有机物质,可以作为厌氧发酵产酸的底物来源。利用餐厨垃圾为底物进行厌氧发酵产乙酸,进而合成生态融雪剂不仅能降低生态融雪剂的成本,还能实现餐厨垃圾的资源化。为了实现餐厨垃圾向生态融雪剂的转化,本文首先构建了餐厨垃圾制备生态融雪剂的技术体系,然后根据体系中存在的乙酸产率低、乙酸分离困难、有机酸盐蒸发结晶能耗过大等问题分别进行了研究,并对生态融雪剂的性能进行评估。主要研究结果如下:(1)通过对传统生态融雪剂的制造流程和餐厨垃圾厌氧发酵的产酸特性进行分析,并针对餐厨垃圾制备生态融雪剂面临的产酸效率低、挥发性脂肪酸(VFAs)分离困难等问题,构建了餐厨垃圾制备生态融雪剂的完整技术体系。首先利用餐厨垃圾厌氧发酵制取生态融雪剂的前体物,然后利用膜分离技术实现VFAs的有效回收。利用正渗透膜技术对微滤膜分离的VFAs进行浓缩,再通过蒸发结晶制备出固体生态融雪剂。(2)针对餐厨垃圾厌氧发酵乙酸产率不足的问题,探究了pH、温度对产乙酸的影响。pH会影响餐厨垃圾厌氧发酵产酸的产率和VFAs的类型。酸性条件下产酸类型以丙酸为主,中性条件下以丁酸为主,碱性条件以乙酸为主。pH为10条件下,VFAs浓度达到38.72 g·L-1,乙酸占比达到92.7%,VFAs产率和乙酸产率分别为0.58 gVFA·(gCOD)-1和0.54 gVFA·(gCOD)-1。温度也会影响VFAs的产率和类型。温度为25℃时,VFAs中主要成分是乙酸和丙酸,其比例分别为54.1%和38.7%;温度为35℃时,产物中乙酸占比达到85.9%;温度为45℃和55℃时,产物中主要成分是丁酸,其比例分别为44.2%和65.2%。温度为35℃条件下VFAs浓度达到39.54 g·L-1,VFAs产率和乙酸产率分别为0.61 gVFA·(gCOD)-1和0.52 gVFA·(gCOD)-1。(3)利用膜分离技术可以实现VFAs的分离以及强化餐厨垃圾厌氧发酵产乙酸。研究结果表明:微滤膜的加入提高了餐厨垃圾厌氧发酵过程中VFAs的浓度和产率,最大浓度达到55.37 g·L-1,VFA产率达到0.52 gVFA·(gCOD)-1,乙酸是VFAs中的主要成分,占比始终维持在75%左右。微滤膜能实现VFAs的有效分离,VFAs的回收率达到95%,对蛋白质的截留率达到40%,对多糖的截留率达到50%,膜的截留使得蛋白酶活性提升了60.9%,α-葡萄糖苷酶活性提升了90.3%,乙酸激酶活性提升了60%。微滤膜对底物和水解酸化酶的有效截留是VFAs产率提升的主要原因。此外,微滤膜可以截留微生物,经过长期碱性条件发酵后Amphibacillus、Halomonas、Peptoniphilus等耐盐耐碱微生物得到富集,这类微生物可以利用碳水化合物、蛋白质合成VFAs。微滤膜的加入使得微生物代谢功能和相关功能基因的表达发生改变,碳水化合物代谢、氨基酸代谢、酶代谢功能的相对丰度明显提升;与有机物水解酸化有关的功能基因丰度明显提升。(4)利用正渗透膜技术实现了VFAs的有效浓缩,最大浓缩倍数达到4.58倍。生态融雪剂主要含有以乙酸钾为主的有机酸盐,还含有蛋白质、碳水化合物等有机物以及氨氮、磷酸盐等无机成分。利用餐厨垃圾进行厌氧发酵产酸,再经过正渗透膜浓缩和蒸发结晶后,最终生态融雪剂的产率为0.72 g·(gCOD)-1。生态融雪剂有较好的融冰效果,融冰能力达到氯化钠(NaCl)的90%,氯化钙(CaCl2)的85%,是市售醋酸钙镁盐(CMA)的110%。相较于NaCl、CaCl2和CMA,生态融雪剂对混凝土的腐蚀率分别降低了33.3%、57.9%和14.9%;对碳钢的腐蚀率分别降低了81.3%、84.2%和50%。