【摘 要】
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厌氧消化技术因其能同时实现有机固体废物的减量化、资源化和无害化,是处理诸如餐厨垃圾、剩余污泥等有机固体废物的理想方法。但在实际应用中,厌氧消化技术的处理效率、能量产率等往往达不到理论值。由此,预处理、不同底物的联合消化、引入外源添加物等方法被使用以便提高厌氧消化的效果。本研究通过将零价铁进行硫化改性制得硫化零价铁,以其作为外源添加剂,以餐厨垃圾和剩余污泥作为厌氧消化的底物,探究了不同剂量的硫化零价
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厌氧消化技术因其能同时实现有机固体废物的减量化、资源化和无害化,是处理诸如餐厨垃圾、剩余污泥等有机固体废物的理想方法。但在实际应用中,厌氧消化技术的处理效率、能量产率等往往达不到理论值。由此,预处理、不同底物的联合消化、引入外源添加物等方法被使用以便提高厌氧消化的效果。本研究通过将零价铁进行硫化改性制得硫化零价铁,以其作为外源添加剂,以餐厨垃圾和剩余污泥作为厌氧消化的底物,探究了不同剂量的硫化零价铁对联合消化各反应阶段的影响,并通过16S r RNA高通量测序技术对联合消化过程中微生物群落结构和组成的变化进行了分析。主要结论如下:（1）硫化零价铁的比表面积分析和X射线光电子能谱表征证明S成功的负载到零价铁表面,并且其比表面积、孔隙体积和孔隙直径较普通零价铁更大,性质更加优越。序批式实验显示Fe/S摩尔比的变化会影响硫化零价铁对厌氧消化产甲烷性能的促进作用。当Fe/S摩尔比范围在20至50之间时,随着硫化程度的提高,硫化零价铁对厌氧消化的促进效果随之增强;而进一步提高硫化程度使Fe/S摩尔比达到10时,硫化零价铁对厌氧消化的促进效果反而变弱。分析其原因可能是更高的S含量使得零价铁表面形成了一层过厚的硫铁化合物层,阻碍了内部Fe~0与外部的接触,抑制了硫化零价铁的腐蚀产氢反应,从而降低了其对厌氧消化的促进作用。由此,硫化零价铁最佳的Fe/S摩尔比确定为20。（2）硫化零价铁对剩余污泥和餐厨垃圾联合厌氧消化不同反应阶段的影响实验显示:硫化零价铁的加入对联合消化的溶解、水解和酸化阶段没有明显的促进作用,实验中溶解性蛋白质、糖或挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids,VFAs）的浓度并未出现快速提高,反而VFAs消耗的速度增加;与之相反的是,硫化零价铁的加入对联合消化的产甲烷阶段产生了明显的影响,显著地提高了甲烷的产生和底物的利用程度。当硫化零价铁的投加量为10g/L时,累积甲烷产量为264.78m LCH4/g-VS,相比于Blank组（198.81m LCH4/g-VS）提高了33.18%。此外,10g/L零价铁对应的累积甲烷产量为238.68m LCH4/g-VS,不仅低于同剂量下的硫化零价铁,相较于硫化零价铁投加量为6g/L的实验组（242.88 m LCH4/g-VS）也稍低。显然,硫化零价铁对厌氧消化产甲烷的促进效果较普通零价铁更优越。（3）微生物分析显示硫化零价铁的加入对厌氧微生物群落产生了较为明显的影响,其降低了微生物的多样性,促进了特定微生物的生长繁殖。其中,10g/L硫化零价铁加入的反应组的微生物群落结构与组成较Inoculum和Blank组显示出了最大的差异。进一步分析显示硫化零价铁的加入明显地提高了多功能型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌的丰度,但对乙酸营养型产甲烷菌却并没有明显的影响。并且,同等剂量下,硫化零价铁对微生物群落的影响较普通零价铁更显著。（4）直接种间电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）和电子传递体系（Electron Transport System,ETS）活性的相关分析显示,硫化零价铁的加入促进了Methanobacterium、Methanosarcina和Syntrophomonas等可以参与DIET过程的微生物的生长繁殖。它们在硫化零价铁投加量为10g/L的反应组的相对丰度分别为7.22%、14.57%和6.80%,远高于空白组的3.33%、12.25%和4.19%。系统的ETS活性同样显示出类似的趋势,联合消化反应后,硫化零价铁投加量为10g/L的反应组的ETS活性高达24.26 INTF/（g-TS·h）,相比于Blank组提高了1.83倍。
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