硝酸改性生物炭强化厨余垃圾中温厌氧消化性能的研究

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随着垃圾分类的开展,厨余垃圾的处理将会是全国力图解决的突出环境问题之一。厌氧消化技术具有成熟的工艺和产物附加值高的特点,在我国逐渐形成了以其为主的厨余垃圾处理工艺。然而,厨余垃圾在厌氧消化过程中常出现氨、酸抑制等问题。目前,生物炭因其具有提高甲烷生成以及系统稳定性的能力且成本低廉而备受关注。研究表明,生物炭表面的氧化还原官能团在反应中起到了关键作用。本文以硝酸改性生物炭为研究对象,研究其对厨余垃圾厌氧消化产甲烷的影响。依次考察了料泥比、硝酸改性时间以及生物炭投加量对厨余垃圾厌氧消化产甲烷的影响。在此基础上进一步探讨了生物炭添加对厨余垃圾酸化和挥发性脂肪酸降解的影响。最后结合生物炭理化性质的表征结果,提出了硝酸改性生物炭促种间电子转移的可能途径,得到的主要结论如下:(1)随着硝酸改性时间的增加,生物炭的p H下降,电导率骤降;表征结果表明,改性生物炭O/C(摩尔比)增高,C-O,C=O,COOH的含量增加,表面的氧化还原活性得到提高。(2)F/S(料泥比)对厨余垃圾厌氧消化产甲烷具有“低促高抑”的影响。F/S=1时,系统具有较高的产甲烷潜能和厨余垃圾处理能力。(3)质量浓度为10 g/L硝酸改性6 h的生物炭的添加分别将累计沼气和累计甲烷产量提升了30.11%,39.54%。(4)探讨了改性生物炭和原生物炭的不同促进直接种间电子转移的机理。原生物炭通过其导电性进行直接种间电子转移;改性生物炭主要通过其表面氧化还原基团进行直接种间电子转移。
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