餐厨垃圾厌氧消化产甲烷技术,不仅能够实现垃圾无害化和减量化,还可以实现垃圾的资源化。由于厌氧消化过程的多阶段性以及各阶段厌氧菌的特异性,厌氧消化过程对外界环境变化很敏感。本文综合考虑餐厨垃圾高有机含量、高盐度、高油脂的特点以及微量元素Fe、Ni、Co在厌氧消化过程中的重要作用,首先研究了餐厨垃圾与厌氧污泥不同配比(VSkichen waste/VSsludge,K/I)对厌氧消化产甲烷以及古菌菌落结构的影响,然后在最优配比前提下,研究了微量元素Fe、Ni、Co和盐度对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷以及微生物群落结构的影响。最后,通过投加导电材料活性炭来促进直接电子转移在餐厨垃圾中常见的不同食用油的厌氧消化产甲烷过程中的应用,以及相应微生物群落的变化。主要结论如下:(1)首先,本论文研究了餐厨垃圾与接种污泥不同的接种配比(K/I,以VS计)对厌氧消化产甲烷的影响,以及不同条件下微生物群落结构组成。K/I对甲烷产量影响是“低促高抑”的Hormesis效应,主要由于高K/I条件下VFAs累积,尤其是乙酸、丙酸和正丁酸,引起酸抑制。在K/I=1时,产甲烷量达到最大值 110.78ml/g ·VS(1.52%氢气,53.61%甲烷,44.86%二氧化碳)。通过 RTFQ-PCR和高通测序来分析不同K/I下微生物群落结构,结果表明甲烷菌的数量随着K/I的升高先增大然后不断减少,在低K/I条件下,Methanobacterium是优势菌种,当K/I不断上升时,Methanosarcina变成优势菌种。因此,Methanosarcina对中间代谢产物VFAs的毒害作用有一定的抵抗性。(2)其次,本论文在最优K/I的基础上,研究了 Fe、Ni、Co三种常见微量元素在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷过程的重要作用。Fe、Ni、Co三种微量元素对餐厨垃圾厌氧消化甲烷产量的影响是“低促高抑”的Hormesis效应。Fe、Ni、Co三种微量元素的最优添加浓度分别为2mg/L,0.2mg/L和0.2mg/L相应的甲烷产量分别为 137.5ml/g · VS、140.lml/g · VS 和 162.9ml/g · VS。在最优有 K/I 以及各微量元素最优浓度条件下,在半连续式序批反应器中连续运行42天,每个周期内的沼气累计量基本保持不变,但是各组中甲烷产量明显增大,实验结果显示Fe、Ni、Co三组内,第六周期内甲烷产量比相应各组第一周期内甲烷产量分别增高了 18.6%、10.7%和6.3%。由此可见三种微量元素都提高了甲烷的产量,其中铁元素对甲烷产量的影响最大。反应结束后,通过RTFE-PCR和高通量测序技术分析三种微量元素对微生物群落结构的影响,并得出Fe、Ni、Co三种微量元素的投加都可以促进甲烷菌的生长,提高甲烷菌的相对丰度。并且,三种微量元素对Methanosarcina的促进作用最大。甲烷八叠球菌属Methanosarcina可以利用三种产甲烷途径来产甲烷,因此Methanosarcina的相对丰度升高可以提高厌氧体系的稳定性和甲烷的产量,进而可以说明Fe、Ni、Co三种微量元素的投加可以促进厌氧消化系统稳定高效的产甲烷。(3)再者,本论文在最优K/I的基础上,首先通过序批式反应研究了不同浓度的NaCl对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响为“低促高抑”的Hormesis效应,当NaCl的浓度为4g/L时,甲烷产量达到最大值243.06ml/g · VS。然后通过逐步提高NaCl的浓度对餐厨垃圾厌氧消化进行盐度驯化。在驯化过程中,甲烷产量和沼气累积量,以及脱氢酶和辅酶F420都是先随着NaCl浓度增加先升高然后再降低。尤其是在高NaCl条件下,由于盐析作用的增强,各个生化指标将会急剧降低。通过RTFQ-PCR和高通量测序来分析了驯化过程中微生物群落的变化。结果表明随着NaCl浓度的升高,甲烷菌的含量先增大后减少,在初始阶段,Fermicutes是优势菌种,而随着发酵时间和NaCl浓度的增加,在后期Euryarchaeoto和Synergiatetes变成了优势菌种。而对于门Synargistetes 而言,Methanosaeta是其最主要的属。Methanosata在 S1,S2,S3,S4,S5 和S6 中的相对丰度分别为 16.46%,17.01%,36.77%,30.39%,30.24%和 22.08%,虽然在高盐度中有所降低,但是与在初始样品S1中相对丰度相比,Methanosaeta的相对丰度经过驯化后还是变大。因此,经过驯化后Methanosaet检表现出了对高盐环境的适应性。此外测序结果还发现Methanosarcina对高盐环境也有一定的适应性。(4)最后,本论文研究了投加导电材料活性炭来促进直接电子转移在厌氧消化处理餐厨垃圾中常见的四种食用油过程中的应用。结果表明投加导电材料活性炭可以促进产甲烷,尤其是在经过多次转接之后。对于四种不同的食用油,导电材料对菜籽油厌氧消化产甲烷的促进作用要高于其他三种食用油。在菜籽油降解过程中,乙酸是唯一一种VFAs,其中对照组内乙酸浓度最高,其次是投加活性炭组。棕桐酸在经过导电材料驯化活性炭培养后的厌氧液中的降解产甲烷速度明显高于对照组;并且在对对照组有乙酸产生,而投加活性炭组无乙酸产生。因此,经过导电材料活性炭驯化后的厌氧液会促进棕桐酸的降解。本研究通过高通量测序来分析不同条件下微生物群落的组成,从微生物角度解释说明导电材料为何会促进油脂的降解。高通量测序分析结果可以得出:投加导电材料活性炭可以促进细菌Syntrophomonas和Geobactor的生长,并且两种细菌可以进行胞外电子传递参与DIET。此外,投加活性炭可以促进Methanosarcina的生长,而Methanosarcina是已经被证明可以作为DIET中的电子受体的古菌。因此,在菜籽油厌氧消化过程中投加活性炭可以促进Syntrophomonas或Geobactor与Methanosarcina形成DIET,从而提高甲烷产量以及稳定性。