杨木屑生物炭特性及其对剩余污泥厌氧消化的影响

摘要

采用杨木屑为原料在缺氧条件下550℃热解2 h制备生物炭，通过元素分析仪、比表面积及孔隙分析仪、扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析生物炭基本理化性质，并考察生物炭投加对剩余污泥厌氧消化（35℃）产甲烷和菌群结构的影响.结果表明，杨木屑生物炭H/C和O/C比分别为0.03和0.32，比表面积为337.49 m²/g，孔体积为0.041 cm³/g. SEM图像显示制备的生物炭具有丰富的蜂窝状孔隙结构，FTIR分析表明生物炭表面有大量—OH、C=O和—COOH等含氧官能团.投加生物炭后实验组剩余污泥厌氧消化过程pH值在6.29～7.03之间，高于对照组（pH 6.08～6.83）.实验组累积甲烷产量较对照组提升56.1%，日甲烷产量也显著增加.高通量测序结果显示，投加生物炭后厌氧污泥中与多糖、纤维素和蛋白质等难降解有机物的降解有关的绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度为23.42%、11.49%和15.63%，较对照组分别提高了5.43%、100.08%和9.93%.同时，生物炭的投加富集了可以参与直接电子转移的甲烷丝菌属（Methanosaeta）和能够通过多种途径产甲烷的Methanothrix，其相对丰度较对照组分别提高了103.53%和78.43%.

关键词

杨木屑 / 生物炭 / 剩余污泥 / 厌氧消化 / 菌落结构