抗生素菌渣生物炭的制备与改性及其强化厌氧消化性能研究

作     者：许彬 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟为章;宁志芳;陈平

授予年度：2022年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：生物炭 厌氧消化 链霉素菌渣 磷酸改性 纳米零价铁 

摘      要：厌氧消化被认为是一种稳定和减少有机废弃物的可持续技术,在污水与固废处理中得到了广泛应用。然而,厌氧消化系统存在一些技术挑战,如消化过程中的低产气量、低甲烷含量和消化系统不稳定。生物炭已被证明可以通过调节系统的缓冲能力、提高微生物活性等来强化消化系统产气性能。因此如何提高生物炭强化厌氧消化性能的能力,是一项值得研究的问题。本课题基于生物炭强化厌氧消化技术,开展菌渣生物炭制备、磷酸改性、纳米零价铁的负载和序批式与半连续状态下生物炭投加对厌氧消化性能影响的研究。取得的实验结论如下:1)以链霉素菌渣为原料制备了6种温度(250、350、450、550、650和750℃)下的原始生物炭、磷酸改性生物炭(PBC)和以PBC为载体的负载纳米零价铁(nZVI)生物炭(nZVI/PBC)。结果表明:链霉素菌渣热解制备生物炭的最适温度为550℃;磷酸改性过后,生物炭表面出现明显孔隙结构,其碳含量和比表面积得到提升,分别为43.03%和337.347 m·g。BC550、PBC和nZVI/PBC的EDC分别为0.006±0.002、0.12±0.005和0.16±0.004 meq·g,以PBC为载体负载nZVI,减小了nZVI颗粒的团聚,增强了生物炭给电子能力。2)通过对比分析PBC与nZVI/PBC对强化消化系统性能的比较表明:两种生物炭对消化系统产气性能都具有提升作用,沼气产量分别提高了29.63%和29.26%。但与PBC相比,nZVI/PBC在维持消化系统稳定性和促进纤维降解方面表现出更高的能力。同时投加生物炭后,大量的微生物附着在生物炭表面,微生物多样性明显提升,门水平的细菌Chloroflexi、Actinobacteriota与属水平的古菌Methanosaeta得到富集。不同的是,投加nZVI/PBC对微生物具有更好的富集作用。3)通过投加nZVI/PBC对半连续状态下厌氧消化系统性能影响的实验结果表明:投加负载纳米零价铁生物炭使实验组p H值基本维持在7.2左右。在3种有机负荷条件下,nZVI/PBC组日产沼气量分别为53.5、92和176.6 m L,与CK组相比分别提升了14.71%、14.81%和18.36%;甲烷含量分别为57.56%、65.45%和67.25%,与CK组相比分别提升了16.87%、18.03%和25.82%;VS去除率分别为43.54%、39.13%和45.62%,较CK组分别提升了17.91%、12.72%和23.10%。