聚丙烯微塑料对鸡粪厌氧消化的影响

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鸡粪厌氧消化技术是目前鸡粪无害化处理以及资源化利用的主流技术,但是在畜禽养殖场中塑料产品的广泛使用,使得畜禽粪污当中MPs频繁检出。但是有关MPs鸡粪厌氧消化的影响还不清楚。本研究对比批次试验条件下和连续实验条件下聚丙烯微塑料(PP-MPs)对鸡粪厌氧消化的影响,通过分析两种条件下厌氧消化产气特征以及消化液理化特性,结合3D-EEM、FTIR及SEM技术揭示PP-MPs对鸡粪厌氧消化的影响,以期为含PP-MPs厌氧消化工程化应用提供理论指导。得到的主要结果如下:(1)鲜鸡粪中存在纤维状、碎片状、薄膜状以及颗粒状MPs,其各种形态的MPs数量分别为1.28×10~2±3.40、1.18×10~2±8.18和1.07×10~2±3.40颗粒/g湿鸡粪。批次实验条件下,随着PP-MPs添加浓度的增加,鸡粪厌氧消化累积甲烷产量逐渐减少,其下降率为18.52%~49.69%。较高PP-MPs浓度(150~1500颗粒/g TS)对鸡粪厌氧消化中酪氨酸、色氨酸、富里酸类物质、可溶性微生物副产物和腐殖酸类物质的转化有很大影响。较低PP-MPs浓度条件下(5~100颗粒/g TS),鸡粪厌氧消化过程导致PP-MPs颗粒表面出现了明显的脆化和剥离现象,这可能是因为厌氧微生物的作用,也可能是由于PP-MPs表面与其他物质之间吸附导致表面变化的结果。但是在较高PP-MPs浓度条件下(150~1500颗粒/g TS),颗粒表面仅仅出现微小的剥离和裂痕,这可能是由于大量PP-MPs的堆积,导致微生物与PP-MPs表面难以接触,因此由生物反应过程诱导的PP-MPs表面的脆化与剥落减弱。(2)连续实验条件,Run2运行工况下(5颗粒/g TS)产气由382.38±12.39 m L·g VS-1逐渐增加到402.18±10.37 m L·g VS-1,但是甲烷含量由66.23±2.13%逐渐下降为59.63±1.71%;Run3运行工况下提高PP-MPs浓度至40颗粒/g TS,产气量稳定在340.1±30.66 m L·g VS-1,甲烷含量也能够维持在50%以上;PP-MPs浓度添加至100颗粒/g TS(Run4),产气量和甲烷含量的持续下降为157.6±37.68m L·g VS-1和48.2±1.24%,厌氧消化逐渐恶化。连续实验条件下,消化液中的溶解性有机物质:酪氨酸、色氨酸、富里酸和可溶性微生物副产物的3D-EEM荧光强度逐渐减弱。这与PP-MPs浓度增大,产气量以及水解率下降结果相吻合。随着PP-MPs浓度逐渐增大,鸡粪厌氧消化对PP-MPs表面结构的影响逐渐增强,表现为PP-MPs表面结构由轻微的裂痕和脆化现象的发生,到出现粗糙和凹凸不平,以至于进一步的沟壑加深的过程的演化。各运行工况条件下的厌氧消化液中存在-CH2-和-NO2化合物。随着PP-MPs的添加,在波数为700~800 cm-1处和1250 cm-1处,1-2-3-取代苯和领双取代苯官能团峰强度逐渐减小,表明消化液中苯类物质检出强度减弱。厌氧消化对PP-MPs的去除率在14.28%~4.62%之间。
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