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厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)是一种经济有效的技术,可将餐厨垃圾(Food Waste,FW)转化为沼气,强化厌氧消化对于解决能源与环境之间的矛盾、实现社会可持续发展具有重要意义。本文通过在餐厨垃圾厌氧消化系统中添加复合菌剂/导电材料(铁基金属有机框架(Fe-Metal-Organic Framework:Fe-MOF),科琴黑),考察了对餐厨垃圾采用单独添加复合菌剂,导电材料(Fe-MOF,科琴黑)及联合添加复合菌剂/导电材料两种策略下,厌氧消化的产气情况、有机物去除率、料液特性和动力学过程,并结合导电材料(Fe-MOF,科琴黑)的电化学性质、官能团等理化性质分析其对厌氧消化的强化机制。探求复合菌剂、导电材料(Fe-MOF,科琴黑)在厌氧消化领域的应用,为强化餐厨垃圾厌氧消化性能提供理论依据。主要研究内容及结果如下:(1)餐厨垃圾厌氧消化系统中添加5种市售复合菌剂,研究其对累计沼气产量的影响,筛选出产气量最大的复合菌剂,寻求系统中该复合菌剂的最佳添加量,并结合沼气产量、料液情况、有机物去除率等指标,从动力学角度阐明复合菌剂对餐厨垃圾厌氧消化的产气特性与机制。结果表明,5种市售复合菌剂添加量为0.5g·L-1的厌氧消化系统中,添加CB5复合菌剂的系统累计沼气产量为4287.5 m L,较空白组提高了79.19%;当CB5复合菌剂添加量从0.2 g·L-1至1.0 g·L-1,沼气产量、总固体(Total Solids,TS),挥发性固体(Volatile Solids,VS)及COD(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率均提高,当添加量为1.0g·L-1时,累积沼气产量达到最大值为474.5 m L·g-VS-1,提高了31.95%;TS、VS和COD去除率分别提高了45.93%、16.32%、16.24%。修正的Gompertz模型结果显示,添加CB5复合菌剂使厌氧消化迟滞期从3.042 d缩短到1.397 d,锥模型模拟结果显示,水解速率常数从0.096d-1增加到0.123 d-1,增加了56.25%,表明添加复合菌剂对水解速率的增加效果较显著。(2)研究单独添加导电材料Fe-MOF/科琴黑对餐厨垃圾厌氧消化沼气产量、料液特性、有机物去除率的影响。根据导电材料Fe-MOF/科琴黑的理化性质、消化体系中ETS活性变化及产气动力学过程,阐明Fe-MOF/科琴黑强化餐厨垃圾厌氧消化机制。结果表明,在餐厨垃圾厌氧消化系统中添加适量的Fe-MOF/科琴黑能显著提高厌氧消化的累积沼气产量和有机物去除率,缩短迟滞期。Fe-MOF/科琴黑添加量分别为0.5 g·L-1和0.2g·L-1时,餐厨垃圾厌氧消化系统性能达到最优。添加Fe-MOF累积沼气产量为438.4m L·g-VS-1,比空白组提高了27.50%;科琴黑的累积沼气产量为465.5 m L·g-VS-1,比空白组提高了29.45%。Fe-MOF添加对底物的TS、VS和COD去除率分别提高了18.28%、40.52%、15.31%;而科琴黑对底物的TS、VS及COD去除率比Fe-MOF分别高2.01%、6.78%和4.28%;添加科琴黑较Fe-MOF对系统强化效果更好。Fe-MOF和科琴黑的FT-IR分析表明,其具有相同呈碱性的官能团,分别为-OH、C≡C、C=O、COO-、C-O,与NH3或H+结合,可降低系统中氨氮浓度,提高p H值,增加缓冲能力;Fe-MOF和科琴黑的Zeta电势分别为22.34 m V和-22.63 m V,为建立直接种间电子传递(Direct Interspecies Electron Transfer:DIET)提供良好环境;导电率分别为0.1875 m S·cm-1和0.2493m S·cm-1,为建立DIET提供路径;Fe-MOF和科琴黑添加能提高厌氧消化系统中ETS活性2倍以上,说明Fe-MOF和科琴黑具有丰富的有机官能团和电化学性质能为微生物的生长繁殖提供合适的环境和较快的电子交换能力。采用修正的Gompertz模型对沼气产量进行拟合,结果表明,Fe-MOF使厌氧消化的迟滞期从3.042 d缩短到2.006 d,缩短34.06%,而科琴黑能使迟滞期缩短到1.544 d,缩短49.2%。通过沼气产量、VS、TS和COD去除率的提高和迟滞期缩短程度,表明添加科琴黑强化餐厨垃圾厌氧消化性能优于添加Fe-MOF;空白组、添加科琴黑和Fe-MOF的水解速率常数分别为0.096 d-1、0.092 d-1和0.061 d-1,表明添加科琴黑对水解速率的增加效果不明显,而添加Fe-MOF有抑制作用。(3)餐厨垃圾厌氧消化系统中联合添加筛选出的复合菌剂和科琴黑。结果表明,与单独添加相比,联合添加复合菌剂和科琴黑能进一步提高餐厨垃圾厌氧消化产气性能,使TS、VS及COD降解效果更显著。复合菌剂和科琴黑联合添加,投加量分别为1.0 g·L-1和0.2 g·L-1时,累积沼气产量从359.6 m L·g-VS-1提高到518.8 m L·g-VS-1,高于空白组44.27%,比单独添加提高了9.29%~11.45,VS、TS和COD去除率分别为88.59%、51.64%和73.66%,相比空白组分别提高了29.09%、64.86%、26.93%。分别用一阶动力学模型、修正的Gompertz模型、锥模型和函数传递模型对各实验组的沼气产量进行拟合,结果表明,修正的Gompertz模型和锥模型拟合精度均高于0.99,联合添加策略使迟滞期从3.042 d缩短到1.310 d;水解速率常数由0.095 d-1增加到0.133 d-1,强化效果较为显著。