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随着经济发展和城市化进程的加快,餐厨垃圾(food waste, FW)产量高且增速快。它本身是一种污染物,又是一种可再利用资源。目前,厌氧消化是国内外尤其是中国近些年来处理FW积极采用的重要生物处理技术之一。FW富含多种有机质,易降解而引发酸化现象,而酸化问题通常是制约FW厌氧沼气化程度和气化产率的主要原因。造纸白泥(lime mud from paper-making process, LMP)含有大量CaCO3,少量金属化合物和微量无机元素,具有缓解FW酸化过程,防止有机酸过度累积,避免发生“酸中毒”的潜能。本文将不同废物(如FW、LMP和厌氧污泥)进行联合消化生产生物气(甲烷和氢气),旨在将垃圾无害化、减量化、资源化,拓展了LMP资源化利用途径,为实现以废治废和产能规模化的循环应用提供理论和技术上的参考与支持。本文在前人研究的基础上,以厌氧活性污泥为接种菌种,通过单相厌氧批式反应进行了LMP强化FW厌氧产甲烷(及产氢)研究,主要包括不同添加剂、LMP添加量(浓度)、热碱(LMP)预处理FW、不同温度(中温/高温)下,LMP对FW厌氧体系产甲烷性能强弱的比较;LMP强化FW高温厌氧产氢作用;以及LMP驯化污泥和改性LMP(T-LMP)对FW高温产甲烷作用等内容。主要结论如下:CaCO3、NaHCO3、LMP、和鸡蛋壳四种添加剂均能提高FW中温厌氧体系的产甲烷性能和有机质减量化效果。CaCO3与LMP试验组产甲烷性能、滞留时间(λ)和结束时间相似,以LMP强化FW产甲烷作用效果(241.61mL/g VS,VS去除率42.1%)显著,较对照组(129.57mL/g VS,18.5%)分别提高86.5%和72.8%。这表明以LMP作为添加剂强化FW厌氧消化过程是可行的。85–90%的甲烷产量主要在反应前11d获得,产甲烷总量呈“S”型变化,符合Modified Gompertz模型。在有机负荷为19.8g VS/L时,6.0–14.0g/L LMP起始浓度改善产甲烷菌生境,甲烷产率(216.7–272.8mL/g VS)、VS去除率(40.7–47%)不断提高,滞留λ(4.41–2.68d)不断缩短。低LMP起始浓度(≤2.0g/L)缓冲能力较弱,而高浓度(≥14.0g LMP/L)则抑制产甲烷菌群活性。以10.0g LMP/L起始浓度增强厌氧微生物的适应性和处理效果(272.8mL/g VS,47%VS去除率)最为显著。与LMP直接作用FW相比,FW经热碱(LMP)预处理(80℃水浴,1.0h)后,6.0–14.0g LMP/L组甲烷产率提高34.3–94.5%,促进甲烷产生,但其λ(12.26–5.54d)较长。低LMP浓度(≤2.0g/L)组因VFAs高含量(4129.6–5214.2mg/L)和低pH(3.7–4.2)而导致“酸中毒”。以10.0g LMP/L效果(448.5mL/g VS)最佳,说明热碱(LMP)预处理增强FW产甲烷作用显著,但对产甲烷菌代谢过程影响不显著。高温(55℃)加快了FW降解和微生物生长,产氢量和比产氢速率明显增加。0–13.3g LMP/L使比产氢速率(6.0–14.34mL H2/g VS·h)、λ(1.37–2.62h)及起始pH从(6.5–6.9)缓慢降至(4.5–5.1)等变化明显。LMP(3.3–13.3g/L)增强FW产氢发酵能力,pH为5.0,10.0g LMP/L时,获得最大产氢率137.6mL H2/g VS。高温(55℃)时,甲烷产率、Rm、λ等随LMP起始浓度增加而呈线性变化(升高/下降)。LMP在2.0–14.0g/L增加时,甲烷产率(228–287.5mL/g VS)、Rm(295.24–512.8mL/d)、VS去除率(35.3–49.1%)不断升高,消化时间(25–11d)和λ(6.45–3.35d)不断缩短。碱度(8771.3–10885.9mg/L)使厌氧体系具有较高的缓冲性能(pH7.5–8.0)。与LMP强化FW中温消化不同,高温消化时以14.0g LMP/L起始浓度甲烷化效果(287.5mL/g VS,49.1%)为最佳。经过1.0g LMP/L驯化的污泥,改性LMP(T-LMP)加快产甲烷菌对环境的适应。低T-LMP浓度(0、2.0g/L)较高浓度(≥6.0g/L)产甲烷性能好,但低于LMP直接作用FW高温组。0、2.0g T-LMP/L组甲烷产率分别为128.8、135.2mL/g VS,λ为6.61和3.15d。而6.0-14.0g T-LMP/L组厌氧体系高pH(10.0-11.8)严重抑制产甲烷菌活性,导致启动失败。说明LMP驯化的污泥及其改性LMP对FW高温厌氧产甲烷效果均低于LMP高温强化FW产甲烷的效果。产甲烷过程是多种因素共同作用且维持在平衡状态下进行的。FW缺乏金属元素,但含有机质多,形成的有机酸(VFAs、LCFAs、乳酸等)易对产甲烷菌群生长代谢产生抑制作用,严重时无法启动厌氧反应。HCO3-/CO2,和蛋白质/氨基酸降解产生的NH4+/NH3是厌氧体系内调节酸碱平衡的主要因素。本文中低浓度氨氮及少量CO2形成体系内的缓冲能力低。LMP一方面通过中和少许有机酸,形成碳酸氢盐,缓慢释放产甲烷的前提物质以增强缓冲能力;另一方面,源于LMP的Mg2+、Fe2+、S2-、Na+、K+等是微生物生长所需的,促进产甲烷菌代谢。另外,Ca2+与LCFAs可形成硬脂酸钙,降低LCFAs对微生物利用营养物质的抑制效应。煅烧改性LMP不含CaCO3,其缓冲能力较LMP低。结果表明,外源LMP具有协同FW强化其厌氧产H2/CH4性能的作用。