餐厨垃圾生物炭强化餐厨废水甲烷发酵效能与作用机制

来源：环境工程技术学报杂志2024年第6期北京时间：

作者：姜琪, 张波, 苏艳, 王高骏, 王璟, 杨阳, 李倩, 陈荣

摘要：甲烷发酵是餐厨垃圾处理厂内废水处理的核心工艺。然而，餐厨废水过快的水解酸化速率使得挥发性脂肪酸（VFA）过量积累，极大限制了高有机负荷条件下系统的产甲烷率。针对该技术瓶颈，利用餐厨垃圾处理厂三相分离单元所得的有机固体废物（OSW）为原料制备生物炭（OSW-BC），以批次试验方法考察了其用于厂内餐厨废水甲烷发酵的增促效能。结果表明，500 ℃热解制得OSW-BC表面形成了丰富的孔道结构与芳香类有机官能团；在甲烷发酵系统的基质/种泥比（SIR）分别为2、3、5的条件下，OSW-BC投加可将产甲烷延滞期缩短53.7%~68.1%，同时将最大比产甲烷速率提升6.1%~62.9%；微生物代谢活力与种群演替解析表明，OSW-BC的投加显著提升了菌群代谢的电子交换系统活力；尤其在高SIR条件下，OSW-BC投加使得互营单孢菌属与二氧化碳还原型甲烷袋状菌属快速富集，同时甲酰基甲基呋喃脱氢酶、甲酰基甲基呋喃-四氢甲硫氨酸N-甲酰转移酶等相关功能基因表达丰度提升了74.2%~118.0%。可见，OSW-BC表面丰富的有机官能团与类石墨结构可能加速了VFA氧化细菌与甲烷袋状菌种间直接电子传递（DIET）过程，由此加速了VFA向甲烷的转化，实现了高SIR条件下餐厨废水发酵系统产甲烷能力的增促。

关键词：甲烷发酵, 生物炭, 餐厨垃圾, 酸积累, 互营产甲烷