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含铁沼渣基生物炭的制备及其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响

收稿日期:2024-11-16 修回日期:2025-02-20 接受日期:2025-02-24

DOI:10.20078/j.eep.20250306

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    摘要:直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低、电子传递速率快,可取代间接种间电子传递,成为城镇有机固废(主要包括餐厨垃圾和剩余污泥)厌氧消化的核心机制。然而,厌氧消化后残留的副产物沼渣对环境危害大,一直是实现“无废城市”建设目标的挑战。本研... 展开+
    摘要:

    直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低、电子传递速率快,可取代间接种间电子传递,成为城镇有机固废(主要包括餐厨垃圾和剩余污泥)厌氧消化的核心机制。然而,厌氧消化后残留的副产物沼渣对环境危害大,一直是实现“无废城市”建设目标的挑战。本研究以含铁沼渣为原料,探究了在不同碳化温度下制备的含铁沼渣基生物炭的形貌结构特征及其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响,旨在实现“以废治废”。研究结果表明,随着碳化温度的升高,含铁沼渣基生物炭的孔隙结构增多,官能团组成简化,在800℃碳化条件下制备的含铁沼渣基生物炭,具有更丰富的孔隙和更高的铁含量。在厌氧消化实验中,添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组的甲烷累积产量为184.24mL/g挥发性固体(VS),比沼渣(未添加含铁沼渣基生物炭)提高了19.78%;添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组的VS去除率达到45.75%,比沼渣提高了6.73%。此外,添加500℃下制备的含铁沼渣基生物炭组相较于沼渣,甲烷累积产量提高了15.66%,VS去除率提高了5.79%,其他实验组的提升效果不显著。电化学分析结果表明,添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组污泥具有更大的电容性和更低的电阻,表明污泥内部种间电子传递得到增强。此外,含铁沼渣基生物炭提高了Methanosaeta和Fastidiosipila的相对丰度,促进了它们之间的DIET,进而提高了城镇有机固废厌氧消化的性能。

    收起-

    作者:

    • 刘梦谣
    • 何忻
    • 赵智强*

    作者简介

    第一作者:刘梦谣(2001—),女,河北承德人,硕士研究生,主要研究方向为厌氧生物处理与资源化。E-mail:liumengyao0926@163.com
    何忻(1999—),女,甘肃武威人,硕士研究生,主要研究方向为厌氧生物处理与资源化。E-mail:hex1110@163.com
    通讯作者:赵智强(1989—),男,辽宁大连人,教授,主要研究方向为有机固废资源化。E-mail:zhiqiangzhao@dlut.edu.cn

    单位

    • 大连理工大学 环境学院 工业生态与环境工程教育部重点实验室,辽宁 大连 116024

    关键字

    • 城镇有机固废
    • 厌氧消化
    • 含铁沼渣
    • 生物炭
    • 直接种间电子传递

    基金项目

    国家重点研发计划青年科学家资助项目(2022YFA0913100);国家自然科学基金面上资助项目(52470140);中央高校基本科研业务费(DUT24LK005)

    引用格式

    刘梦谣, 何忻, 赵智强. 含铁沼渣基生物炭的制备及其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响[J]. 能源环境保护, 2025, 39(5): 181−190.

    LIU Mengyao, HE Xin, ZHAO Zhiqiang. Preparation of Iron-Containing Digestate-Based Biochar and Its Impacts on Anaerobic Digestion Performance of Urban Organic Solid Wastes[J]. Energy Environmental Protection, 2025, 39(5): 181−190.

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