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 【引言】

眾所周知，規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展產(chǎn)生大量的糞污及廢棄物已成為環(huán)境污染的重要因素之一。規(guī)模化厭氧發(fā)酵沼氣工程是解決規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)糞污及廢棄物最有效的技術(shù)手段。但目前的規(guī)模化厭氧發(fā)酵沼氣工程面臨諸多問題。其中：不產(chǎn)氣、產(chǎn)氣量低下、降解不徹底、廢渣利用率低等是規(guī)模化厭氧發(fā)酵沼氣工程面臨的最主要的問題。研究表明：在厭氧發(fā)酵過程中加入添加劑或促進(jìn)劑，能有效的改善厭氧發(fā)酵的環(huán)境、改善生物菌種的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、提高產(chǎn)氣率、提高有機(jī)質(zhì)的生物降解率、縮短厭氧發(fā)酵周期、改善沼渣沼液的穩(wěn)定性、提高肥料化利用的肥效等。此外，在厭氧發(fā)酵中添加微量金屬元素，能夠大幅度提高厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的發(fā)酵性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因而，開發(fā)高效廢棄生物厭氧發(fā)酵促進(jìn)劑，對(duì)于實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念下的廢棄物的資源化綜合利用意義重大。

【成果簡(jiǎn)介】

近期，西安建筑科技大學(xué)功能材料研究所云斯寧教授（通訊作者）新能源材料研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際氫能權(quán)威期刊《International Journal of Hydrogen Energy》發(fā)表了題為“Application of nano-scale transition metal carbides as accelerants in anaerobic digestion”的論文，首次報(bào)道了納米尺度的碳化物（HfC，SiC，TiC和WC）作為促進(jìn)劑應(yīng)用于生物厭氧發(fā)酵。研究結(jié)果顯示：HfC、SiC、TiC和WC可以有效的改善厭氧發(fā)酵的環(huán)境和性能，累積產(chǎn)氣量分別為482，499，463和497mL/g TS；COD去除率分別為58.62%，78.90%，76.87%和78.18%。與對(duì)照組（294 mL/g TS，46.99%）相比，累積產(chǎn)氣量提高了63.9%、69.7%、57.4%和69.0%；COD去除率提高了24.7%、67.9%、63.6%和66.4%。進(jìn)一步結(jié)果顯示：發(fā)酵后沼渣的N、P、K營(yíng)養(yǎng)元素總含量接近于有機(jī)肥的值，意味著添加碳化物的沼渣有望實(shí)現(xiàn)高附加值的肥料化綜合利用。

圖1  碳化物的x射線衍射圖譜

圖2 碳化物的顯微結(jié)構(gòu): HfC (a), SiC (b), TiC (c),和WC (d)

圖3 厭氧發(fā)酵的日產(chǎn)氣量(a)和累積產(chǎn)氣量(b)

圖4 厭氧發(fā)酵過程pH值的變化

圖5 厭氧發(fā)酵沼渣穩(wěn)定性評(píng)估熱重分析曲線(a)和示差掃描量熱分析曲線(b)

圖6 納米尺度碳化物在厭氧發(fā)酵中應(yīng)用效果