微波辅助热解调控生物炭特性促进高有机负荷下的厌氧消化效能

本研究通过微波辅助热解（MAP）制备不同特性的生物炭，系统探究其理化性质、投加剂量和粒径对高有机负荷（F:I=2.4）下餐厨垃圾厌氧消化（AD）的影响。结果表明，1750W制备的生物炭在30 g/L剂量下可缩短59.4%的滞后期，35天即达到对照组70天甲烷产量的91.5%，揭示了生物炭特性与剂量的协同增效机制，为有机废物高效能源化提供新策略。

　　

Highlight

生物炭在厌氧消化（AD）中的性能表现与其剂量和特性密切相关。最佳实验条件显示，采用最高微波功率（1750W）制备的生物炭以30 g/L剂量投加时，滞后期缩短59.4%，仅用35天即达到对照组70天累计甲烷产量的91.5%，显著提升消化效率。相比之下，750W制备的生物炭在10 g/L时效果最佳但高剂量性能下降，而1250W生物炭在所有剂量中表现最稳定，20 g/L时效果最优。此外，生物炭粒径对消化初期影响显著，小粒径颗粒表现更优，但其影响弱于剂量或热解条件。

生物炭特性

表4数据显示，微波功率水平与生物炭特性存在强关联：随着功率从750W升至1750W，生物炭产率从38.35%降至22.76%（p=0.0007），而碳含量、比表面积（从145.6增至312.4 m²/g）和碱度显著提升。1750W生物炭呈现最高电导率（3.21 mS/cm）和芳香性，这与其促进直接种间电子传递（DIET）的能力直接相关。

结论

本研究阐明生物炭的理化性质、剂量和粒径对高有机负荷AD的协同调控机制。1750-S-30反应器通过增强DIET和微生物附着，实现甲烷产量提升与系统稳定性优化，为有机废物处理工艺提供了可量化的优化参数。