利用呼吸测定法测量餐厨垃圾与废弃活性污泥厌氧共消化的生物甲烷潜力

本研究的目的是利用呼吸测定法考察厌氧微生物群在共消化废水污泥和食物残渣等有机废物流过程中的生物动力学特性。我们试图回答不同底物浓度如何影响这些厌氧微生物产甲烷速率的问题。尽管已有若干研究测量了废物活性污泥与其他有机底物（如生物废物、脂肪、油类、油脂和农业废弃物）共消化过程中的甲烷产量，但本研究提出了一种使用稀释废水、废物活性污泥和食物残渣废弃物混合物作为底物的呼吸计实验方案。

类似的研究采用在血清瓶中进行的批次实验，通过在实验过程中多个离散时间点测量甲烷产量；而另一些研究则使用直接连接至实验室规模或中试规模生物反应器的流量计。本方案采用呼吸仪，可在不同实验条件下对样品进行连续且精确的甲烷含量测定。首先，收集1.5升初沉池出水和1升剩余活性污泥。

在实验前立即获取两升厌氧污泥。接着，将食物废弃物在 4 摄氏度条件下储存。配制矿物基础溶液一：将 800 毫升去离子水与指定的盐类混合。

用去离子水定容至一升。配制矿物基础二号溶液时，将27.7克氯化钙和101克氯化镁溶解于800毫升去离子水中，然后用去离子水稀释至一升。

制备营养基础液时，将38.2克氯化铵和15克硫酸钠溶于800毫升水中。用3.64 N的氢氧化钠将溶液pH值调节至7，然后加水稀释至最终体积为1升。

样品制备时，将厨余垃圾放入搅拌机中混合均匀。向混合物中加入去离子水以帮助更好地搅拌。将处理好的厨余转移至一个一升的塑料瓶中。

将其保存在 4°C 下以备后续使用。接下来，将四个已标记的 2 升烧杯放在搅拌台上。在搅拌台上放置一个大搅拌子。

向每个烧杯中加入 12 毫升的两种矿物基础溶液和营养基础溶液。按照表格所示，将食物废弃物、废弃活性污泥和稀释液混合。向烧杯中加入厌氧培养物。

然后向每个烧杯中加入 2.4 克碳酸氢钠。接着，将磁力搅拌子放入八个已标记的呼吸测定瓶中。立即将 500 毫升混合液从烧杯转移至已标记的呼吸测定瓶中。

封盖前用氮气冲洗混合物。接着，将呼吸计设置为低厌氧条件。同时按下复位按钮和电源按钮。

将冷水机设置为 35.5 摄氏度。在中心位置填充一个二氧化碳和水分清除器，其中装入等比例混合的硫酸钙和氢氧化钾颗粒。在颗粒两侧分别用玻璃棉包裹。

将样品瓶的管路和针头连接到洗涤器，再从洗涤器连接到气体入口。在计算机上启动呼吸计程序 RSA 8 版本 2。在程序中选择所有瓶子。

然后选择“编辑”，接着选择“数据标签”。为所有瓶子命名后，按下开始按钮以启动气体产生量的测量。将程序设置为每半小时结束时测量一次数据。

选择速率图表或体积图表以监测气体生成。实验结束后，停止运行，关闭冷却器和RSPF模块。将数据保存为CSV文件。

混合的食物残渣废料中含有44%碳水化合物、36%蛋白质、16%脂肪以及4%其他物质。初始的挥发性悬浮物浓度从对照组到最高FM比组逐渐升高。该浓度在实验结束时有所下降。

初始需氧量浓度从对照组到最高FM比组逐渐升高。除对照组外，生化需氧量（BOD）浓度从初始浓度到最终浓度均有所降低。随着FM比的增加，甲烷生成速率和产气持续时间均有所延长。