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颗粒活性炭电极耦联间歇供电强化城镇有机固废厌氧产甲烷
1.大连理工大学 化工海洋与生命学院;2.大连理工大学 环境学院
Enancing anaerobic methanogenesis of urban organic solid wastes by granular active carbon-supplemented electrodes coupled with intermittent power supply
1.School of Chemical Engineering, Ocean and Life Sciences, Dalian University of Technology;2. School of Environment, Dalian University of Technology
摘要:
直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低,在含固率高、氨氮胁迫的城镇有机固废厌氧消化工程中,可以作为额外的产甲烷途径。然而,已知能参与DIET的电营养型产甲烷菌不具备导电菌毛或外膜细胞色素,胞外电子需跨越电惰性的细胞膜进入胞内,才能参与CO2还原过程。有研究表明,低压电刺激可改善膜结合蛋白的导电性,但效果主要集中在阴极富集的生物膜,且持续供电会造成能耗过高,不利于大规模工程化应用。本研究将颗粒活性炭填充电极与间歇供电耦联,探究其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响。结果表明:(1) 颗粒活性炭填充电极能够将电场影响从阴极拓展至其表面,使产甲烷能力提高了26%;(2) 通过循环伏安扫描利用Randles-?ev?ík方程计算微生物膜的电子转移系数,发现活性炭表面微生物(1.10×、1.57×
)相比反应器中污泥(0.49×
、0.66×
)提高一倍以上;(3)活性炭在间歇供电时能够保留部分电场影响,闭路运行阶段活性炭表面生物膜对扫描电化学显微镜和电化学傅里叶红外光谱的电信号响应更强; (4) 通过微生物群落分析发现,投加颗粒活性炭做填充电极能够富集更多和DIET相关的产甲烷古菌,如Methanospirillum的相对丰度提高了18%,活性炭耦联间歇供电时,开路运行使Methanospirillum的相对丰度从39.86%降低至25.84%。
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