餐厨垃圾代表性组分厌氧发酵产酸耦合MEC产氢研究

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餐厨垃圾量快速增长,严重威胁生态和人体健康,但其富含有机营养物,极具利用价值。微生物电解池(MEC)作为一种新型的产氢方式,餐厨垃圾的VFAs可作为MEC产氢理想基质。基于餐厨垃圾富含淀粉糖、高蛋白物质的特征,本研究分别以瘦猪肉和添加餐厨的瘦猪肉为底物进行厌氧发酵产VFAs,分别以米饭、猪肉的原液和发酵液为基质进行MEC产氢等研究,探究影响餐厨垃圾特征组分在厌氧发酵和MEC产氢过程的关键因素。通过不同pH好氧预发酵处理,探究瘦猪肉和添加一定比例餐厨的瘦猪肉的产酸性能。结果表明,在控制pH为4.5、8.0、10.0及不控制pH的好氧预处理组,两种底物厌氧发酵产酸性能均高于未进行预处理组,VFAs主要成份均是乙酸和正丁酸。产酸量最大为pH=8.0好氧预处理组,其中添加餐厨垃圾的瘦猪肉较不添加的瘦猪肉VFAs产量大,其浓度分别为34.18 g COD/L和32.84 g COD/L,分别相对各自直接厌氧发酵提高了47.31%和41.36%。利用米饭原液,米饭发酵液,猪肉原液,猪肉发酵液为MEC基质,探讨餐厨垃圾特征组分产氢性能差异。研究表明,以猪肉原液为MEC基质产氢性能较差,氢气产量低于以猪肉发酵液为基质的MEC;以猪肉发酵液为基质的MEC产氢,经BSA驯化的氢气产率、有机物降解率均大于经NaAC驯化的,两者氢气产率分别为23.15 mmol H2/g COD和16.46 mmol H2/g COD,最大有机物降解率分别为84.51%和72.14%,两者差异主要是由于BSA提高了发酵液中异丁酸和异戊酸的降解能力;不同蛋白质含量的MEC产氢中,低蛋白含量的乙酸含量较多,相应的MEC氢气产率高,氢气产率分别为18.88 mmol H2/g COD和14.64mmol H2/g COD。米饭原液碳水化合物所占比例较高,MEC氢气产率较高;米饭发酵液中主要成分为正丁酸,在MEC中不易被降解,产氢效率较低;二者氢气产率分别为10.17 mmol H2/g COD和6.86 mmol H2/g COD;游离氨对MEC性能影响较大,当体系游离氨浓度较高时(FAN=0.0126 mg/L),电流密度及氢气产量明显提升,分别为低游离氨浓度(FAN=0.0013 mg/L)时相应值的1.72倍及1.46倍。
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