【摘 要】
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厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane reactor,AnMBR）作为一种应用广泛的有机固体废物处理工艺,利用有机物产生沼气的同时实现剩余污泥的减量化,在技术和经济上具有很大的优势和前景。目前,AnMBR在实际应用中面临诸多技术难题,如厌氧消化性能低、消化残渣处理难、膜污染严重等。共消化是一种简单高效处理有机固体废物的技术,在提升厌氧消化性能、缓解膜污染等方面有极大的应用潜力。基
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厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane reactor,AnMBR）作为一种应用广泛的有机固体废物处理工艺,利用有机物产生沼气的同时实现剩余污泥的减量化,在技术和经济上具有很大的优势和前景。目前,AnMBR在实际应用中面临诸多技术难题,如厌氧消化性能低、消化残渣处理难、膜污染严重等。共消化是一种简单高效处理有机固体废物的技术,在提升厌氧消化性能、缓解膜污染等方面有极大的应用潜力。基于此,本论文以污水污泥（sewage sludge,SS）:餐厨垃圾（food wasted,FW）=1:1共消化技术为基础,首先通过改变AnMBR瞬时膜通量、初始总固体（total solids,TS）值以及水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）等操作变量确定临界膜污染阈值。其次,将厌氧共消化后的残渣经高温热解制备生物炭,表征不同热解温度下生物炭的理化性质和电化学特性。通过批次实验进一步探究消化残渣生物炭（CB）投加量对产甲烷性能、微生物代谢活性等的影响;分析CB对促进厌氧消化系统中功能微生物间协同作用和可能存在的种间电子传递（DIET）影响机制。最后,AnMBR在临界膜污染的操作参数下,将优选后的CB投加至以SS-FW为共消化基质的AnMBR中,考察CB对此共消化体系产气性能、膜污染、出水水质以及微生物群落结构的影响。主要研究结论如下:（1）基于AnMBR共消化工艺,以污水污泥（SS）与餐厨垃圾（FW）为共消化基质,通过改变瞬时膜通量、初始TS值以及HRT确定AnMBR临界膜污染阈值。结果表明,在初始TS值为20 g/L、HRT为20 d的条件下,提高瞬时膜通量对AnMBR性能的影响很小。而在高瞬时膜通量下（45.42 LMH）继续缩短HRT（<20 d）会降低AnMBR产气及有机物降解速率,加重膜污染程度。（2）在不同热解温度下,将共消化残渣制备生成生物炭,通过对比考察不同热解温度下CB的理化性质和电化学特性,将优选后的CB添加到SS-FW共消化体系中,探究CB的不同投加量对厌氧共消化性能的影响。结果表明,在800℃下热解的CB（CB-800）具有最大的比表面积（83.42 m~2/g）、最稳定的化学结构,以及最大的电子交换容量（96.24）及最小的内阻;此外,当其投加量为0.12 g/g-TS时,累积产甲烷量达到最大值（397.5 m L/g-VS）,比未添加CB生物炭的对照组提高了11.08%。微生物分析表明,添加CB-800后,细菌Chloroflexi丰度增加,Proteobacteria丰度降低,同时也可能通过富集古菌Methanosaeta和Methanolinea促进DIET从而提高厌氧消化的效率。（3）AnMBR以SS-FW为共消化基质,在临界膜污染的操作变量下运行,将优选后的CB添加至AnMBR中,以提高共消化的性能并缓解膜污染。研究结果表明,在HRT为10 d条件下,相比于未添加CB阶段,添加CB后CH4产量提升至153.46±15.47 m L/Lreactor/d,提高了9.91%。添加CB能延长达到临界极限膜压的时间,缓解滤饼层和有机污垢引起的膜污染。此外,添加CB后极大改善了出水水质,出水色度从379±7.07 NTU降低至184±7.48 NTU,去除率约为51.45%,添加CB后也大大降低出水蛋白质（PN）、多糖（PS）、NH4+-N以及富里酸类和腐殖酸类物质的浓度。CB的添加提高了Chloroflexi等细菌的丰度,提升了厌氧共消化过程中PN、PS的水解效能,也通过富集Methanosaeta等古菌加速DIET产甲烷过程。
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