摘要：試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個(gè)組別，分別探究5種餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比條件下厭氧共消化系統(tǒng)的產(chǎn)沼規(guī)律及微生物群落特征。其中，試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2、試驗(yàn)組3、試驗(yàn)組4和試驗(yàn)組5的餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10。結(jié)果表明，不同混合比條件下，累積沼氣產(chǎn)量從高到低的排序依次為試驗(yàn)組3＞試驗(yàn)組4＞試驗(yàn)組2＞試驗(yàn)組5＞試驗(yàn)組1，混合比為5∶5時(shí)，沼氣產(chǎn)量最高。相比Cone模型，改進(jìn)的Gompertz模型更適合擬合餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化產(chǎn)沼動(dòng)力學(xué)規(guī)律。餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化的協(xié)同效應(yīng)主要發(fā)生在厭氧消化的前10 d，混合比為5∶5時(shí)協(xié)同作用最強(qiáng)。餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化可促進(jìn)化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）去除率的提高，但對(duì)碳水化合物和蛋白質(zhì)的降解率影響較小。當(dāng)混合比為5∶5時(shí)，互營(yíng)單胞菌屬的相對(duì)豐度較高，氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌相對(duì)豐度最高，表明此時(shí)水解產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌更平衡，更有利于沼氣的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：垃圾分類(lèi)；餐廚垃圾；家庭廚余垃圾；共消化；產(chǎn)沼規(guī)律；微生物群落

中圖分類(lèi)號(hào)：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）07-00-08

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.015

Study on the Law of Co-digestion of Restaurant Food Waste and Household Kitchen Waste to Produce Biogas

WU Yuefeng

（Shanghai Chengtou Laogang Base Management Co.， Ltd.， Shanghai 200000， China）

Abstract： The experiment designs 5 groups to explore the biogas production law and microbial community characteristics of anaerobic co-digestion systems under 5 different mixing ratios of restaurant food waste and household kitchen waste. Among them， the mixing ratios of restaurant food waste and household kitchen waste in experimental group 1， experimental group 2， experimental group 3， experimental group 4， and experimental group 5 are 10∶0， 7∶3， 5∶5， 3∶7， and 0∶10， respectively. The results show that under different mixing ratios， the order of cumulative biogas production from high to low is experimental group 3＞experimental group 4＞experimental group 2＞experimental group 5＞experimental group 1， when the mixing ratio is 5∶5， the biogas production is the highest. Compared to the Cone model， the improved Gompertz model is more suitable for fitting the kinetics of co-digestion and biogas production of restaurant food waste and household kitchen waste. The synergistic effect of co-digestion of restaurant food waste and household kitchen waste mainly occurs in the first 10 d of anaerobic digestion， and the synergistic effect is strongest when the mixing ratio is 5∶5. Co-digestion of restaurant food waste and household kitchen waste can promote the improvement of Chemical Oxygen Demand （COD） removal rate， but has little effect on the degradation rate of carbohydrates and proteins. When the mixing ratio is 5∶5， the relative abundance of Syntrophomonas is higher， and the relative abundance of Methanococcus is the highest， indicating that the hydrolysis acid producing bacteria and methane producing bacteria are more balanced and more conducive to biogas production.

Keywords： waste classification; restaurant food waste; household kitchen waste; co-digestion; law of biogas production; microbial community

根據(jù)《生活垃圾分類(lèi)標(biāo)志》（GB/T 19095—2019），廚余垃圾包括家庭廚余垃圾、餐廚垃圾和其他廚余垃圾。隨著2019年全國(guó)地級(jí)及以上城市全面啟動(dòng)生活垃圾分類(lèi)工作，家庭廚余垃圾分出量大幅增加。厭氧消化是餐廚垃圾處理的主流工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)118座

處理規(guī)模50 t/d以上的餐廚垃圾處理項(xiàng)目中，厭氧消化工藝占比達(dá)到76.1%[1]。隨著垃圾分類(lèi)的實(shí)施，分出的大量家庭廚余垃圾將進(jìn)入原有的餐廚垃圾厭氧消化設(shè)施，家庭廚余垃圾和餐廚垃圾特性存在差異，有必要探明這種差異對(duì)原來(lái)餐廚垃圾厭氧消化處理設(shè)施的影響，分析兩者共消化是否存在協(xié)同作用，明確最佳混合比。試驗(yàn)在5種混合比條件下對(duì)餐廚垃圾和家庭廚余垃圾進(jìn)行共消化處理，考察餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化的最佳混合比，運(yùn)用改進(jìn)的Gompertz模型和Cone模型對(duì)產(chǎn)沼動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合，解析共消化的協(xié)同作用，并闡明其中微生物群落變化規(guī)律，以期為垃圾分類(lèi)實(shí)施后餐廚垃圾厭氧處理設(shè)施的高效運(yùn)行提供重要指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的餐廚垃圾（提油后）和家庭廚余垃圾（未提油）均來(lái)自上海市某濕垃圾處理廠，樣品采集后置于溫度4 ℃的冰箱中冷藏保存。接種污泥來(lái)自實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的臥式厭氧消化反應(yīng)器，根據(jù)厭氧條件，水浴溫度為35 ℃，每間隔15 min自動(dòng)攪拌1 min，定期添加基質(zhì)。厭氧消化試驗(yàn)開(kāi)始前15 d，停止添加基質(zhì)。餐廚垃圾、家庭廚余垃圾和接種污泥的理化特性如表1所示。揮發(fā)性固體（Volatile Solids，VS）是總固體（Total Solids，TS）的重要組分。主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有pH、含固率（以TS計(jì)）、揮發(fā)性固體含量（以VS/TS計(jì)，干基）、碳水化合物（以TS計(jì)）、蛋白質(zhì)（以TS計(jì)）、油脂（以TS計(jì)）、粗纖維（以TS計(jì)）、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和電導(dǎo)率。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用容積為2 L的杜蘭瓶，有效容積為1.6 L，底物濃度設(shè)為3 g VS/L，食微比為0.5，根據(jù)VS含量，餐廚垃圾和家庭廚余垃圾的添加比例分別設(shè)定為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10，使用濃度均為5 mol/L的鹽酸和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至7.0±0.2，溫度設(shè)定為35 ℃，轉(zhuǎn)速為160 r/min，外接容積1 L的氣袋，反應(yīng)時(shí)間為30 d。每天同一時(shí)間測(cè)定沼氣體積，在第0天、第2天、第6天、第17天、第30天取樣進(jìn)行測(cè)試分析。30 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，取樣分析微生物群落組成。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.2.2 測(cè)定方法

TS和VS采用重量法測(cè)定，總化學(xué)需氧量（Total Chemical Oxygen Demand，TCOD）和溶解性化學(xué)需氧量（Soluble Chemical Oxygen Demand，SCOD）采用重鉻酸鉀法測(cè)定。其中，用于SCOD測(cè)定的物料需要經(jīng)過(guò)高速離心機(jī)離心（轉(zhuǎn)速10 000 r/min，時(shí)間7 min），

然后將上清液用孔徑0.45 μm的聚醚砜膜過(guò)濾。同時(shí)，濾出液用于溶解性碳水化合物和蛋白質(zhì)分析，其中碳水化合物采用苯酚-硫酸法測(cè)定，蛋白質(zhì)采用福林酚試劑法測(cè)定。微生物群落委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司采用高通量測(cè)序方法進(jìn)行分析，利用美吉生物云平臺(tái)分析細(xì)菌和古菌的微生物群落組成及相對(duì)豐度變化。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 2021軟件對(duì)沼氣產(chǎn)量進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合，擬合模型為改進(jìn)的Gompertz模型[2]和Cone模型[3]。餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化的理論沼氣產(chǎn)量根據(jù)餐廚垃圾或家庭廚余垃圾單一消化的沼氣產(chǎn)量及占比進(jìn)行估算，協(xié)同指數(shù)為實(shí)際沼氣產(chǎn)量與理論沼氣產(chǎn)量的比值[4]。協(xié)同指數(shù)在1以下或1以上分別表示具有拮抗作用或協(xié)同作用。最后，采用Origin 2021軟件對(duì)Gompertz模型和Cone模型線性擬合得到的理論沼氣產(chǎn)量與相應(yīng)的實(shí)測(cè)沼氣量進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

首先分析不同混合比條件下餐廚垃圾和家庭廚余垃圾的累積沼氣產(chǎn)量和動(dòng)力學(xué)擬合特征，然后分析餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化協(xié)同效應(yīng)，最后分析有機(jī)物降解情況和微生物群落特征。

2.1 累積沼氣產(chǎn)量和動(dòng)力學(xué)擬合特征

2.1.1 累積沼氣產(chǎn)量

不同混合比條件下，餐廚垃圾和家庭廚余垃圾的累積沼氣產(chǎn)量如圖2所示，兩種模型預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量和實(shí)測(cè)沼氣產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果如圖3所示。其中，試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2、試驗(yàn)組3、試驗(yàn)組4和試驗(yàn)組5的餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10。反應(yīng)結(jié)束時(shí)，混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，累積沼氣產(chǎn)量分別為1 241.46 mL/g VS、1 658.63 mL/g VS、1 808.00 mL/g VS、1 690.90 mL/g VS和1 563.32 mL/g VS，均高于相關(guān)研究中餐廚垃圾、家庭廚余垃圾和果蔬垃圾單獨(dú)厭氧消化的累積沼氣產(chǎn)量[5]。不同混合比條件下，累積沼氣產(chǎn)量從大到小的排序?yàn)樵囼?yàn)組3＞試驗(yàn)組4＞試驗(yàn)組2＞試驗(yàn)組5＞試驗(yàn)組1，混合比為5∶5時(shí)，產(chǎn)氣量最高，分別比餐廚垃圾和家庭廚余垃圾單一消化提高45.6%和15.6%，表明餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化在提高沼氣產(chǎn)量方面具有重要作用。LIN等[6]發(fā)現(xiàn)，果蔬垃圾和餐廚垃圾配比為1∶1時(shí)，共消化產(chǎn)氣性能最佳，這與本研究的結(jié)果一致。

累積沼氣產(chǎn)量隨著家庭廚余垃圾添加比例的增大而增大，而當(dāng)家庭廚余垃圾的添加比例高于50%時(shí)，沼氣產(chǎn)量并沒(méi)有進(jìn)一步提高。這可能是因?yàn)榧彝N余垃圾中油脂和粗纖維等難降解的物質(zhì)含量高，需要較長(zhǎng)的水解消化時(shí)間，并且油脂濃度高會(huì)使水解產(chǎn)生的長(zhǎng)鏈脂肪酸發(fā)生累積，進(jìn)而對(duì)厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生抑制作用。值得注意的是，本研究中，餐廚垃圾的累積沼氣產(chǎn)量（1 241.46 mL/g VS）要低于家庭廚余垃圾（1 563.32 mL/g VS），這是因?yàn)殡m然餐廚垃圾的碳水化合物含量（43.96%）高于家庭廚余垃圾（5.22%），但家庭廚余垃圾的油脂濃度（50.08%）明顯高于餐廚垃圾的油脂濃度（16.9%），脂質(zhì)的產(chǎn)氣率（1 040 mL CH4/g VS）遠(yuǎn)高于碳水化合物（486 mL CH4/g VS）[7]，因此家庭廚余垃圾單一消化的沼氣產(chǎn)量更高。

2.1.2 產(chǎn)沼動(dòng)力學(xué)

采用兩種動(dòng)力學(xué)模型模擬餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化產(chǎn)沼過(guò)程，動(dòng)力學(xué)參數(shù)和預(yù)測(cè)結(jié)果如表2、表3所示。改進(jìn)的Gompertz模型得到的預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)氣結(jié)果相似，隨著家庭廚余垃圾添加比例的增加，產(chǎn)氣量呈先增加后下降的趨勢(shì)，混合比為5∶5時(shí)，產(chǎn)氣量達(dá)到最高值。Cone模型擬合結(jié)果表明，混合比為7∶3時(shí)，沼氣產(chǎn)量最大，這與實(shí)際產(chǎn)氣結(jié)果不同，表明基于Gompertz模型的擬合結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)沼特征更為一致。與單獨(dú)使用餐廚垃圾相比，家庭廚余垃圾的添加可降低滯后時(shí)間，這可能是由于當(dāng)餐廚垃圾單獨(dú)厭氧消化時(shí)，較快的水解速率可能導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)受到酸化抑制，造成滯后時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)家庭廚余垃圾中纖維素等慢降解物質(zhì)含量高，使產(chǎn)沼的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。水解速率常數(shù)是反映底物可生化性和水解速率的重要指標(biāo)。Cone模型擬合得到的水解速率常數(shù)與滯后時(shí)間的變化趨勢(shì)相反，ZHEN等[8]同樣觀察到這一結(jié)果。水解速率常數(shù)隨家庭廚余垃圾添加比例的增加而增加，當(dāng)添加比例為70%時(shí)，水解速率常數(shù)最大（0.073 d-1）。

進(jìn)一步對(duì)兩種擬合模型的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表2、表3所示。差異率可以反映實(shí)際沼氣產(chǎn)量和預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量的差別，可采用式（1）計(jì)算。對(duì)于改進(jìn)的Gompertz模型，實(shí)際沼氣產(chǎn)量和預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)介于0.971～0.992，普遍高于Cone模型的相關(guān)系數(shù)。另外，改進(jìn)的Gompertz模型擬合得到各試驗(yàn)組的預(yù)測(cè)產(chǎn)氣量與實(shí)際產(chǎn)氣量的差異率為6.3%～22.8%，均小于Cone模型（7.6%～23.7%）。同時(shí)，改進(jìn)的Gompertz模型（相關(guān)系數(shù)為0.936 0，顯著性系數(shù)小于0.05）比Cone模型（相關(guān)系數(shù)為0.793 5，顯著性系數(shù)大于0.05）具有更高的相關(guān)性，進(jìn)一步表明改進(jìn)的Gompertz模型更符合實(shí)際中餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化產(chǎn)沼的演化規(guī)律。馬佳瑩[9]同樣發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的Gompertz模型對(duì)餐廚垃圾和果蔬垃圾產(chǎn)沼的擬合效果更好。

D=|Pm-Pp|/Pm×100%（1）

式中：D為實(shí)際沼氣產(chǎn)量和預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量的差異率，%；Pm為實(shí)際沼氣產(chǎn)量，mL/g VS；Pp為預(yù)測(cè)沼氣產(chǎn)量，mL/g VS。

2.2 共消化協(xié)同效應(yīng)

餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化對(duì)沼氣產(chǎn)量的協(xié)同作用如圖4所示。混合比分別為7∶3、5∶5和3∶7時(shí)，實(shí)測(cè)累積沼氣產(chǎn)量分別為1 658.63 mL/g VS、1 808.00 mL/g VS和1 690.90 mL/g VS，同時(shí)相應(yīng)的理論沼氣產(chǎn)量分別為1 338.02 mL/g VS、1 402.40 mL/g VS和1 466.77 mL/g VS，這表明實(shí)際產(chǎn)沼量比理論沼氣產(chǎn)量分別提高24.0%、28.9%和15.3%，證明協(xié)同作用的存在，并且其對(duì)沼氣產(chǎn)生具有促進(jìn)作用，其中混合比為5∶5時(shí)，協(xié)同作用最強(qiáng)，這與Wang等[10]研究結(jié)果一致。Zhen等[8]通過(guò)微藻和餐廚垃圾共消化研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微藻與餐廚垃圾混合比為0.5∶0.5時(shí)，協(xié)同作用最強(qiáng)，產(chǎn)氣量提高約54%。

實(shí)際沼氣產(chǎn)量與理論沼氣產(chǎn)量的比值為協(xié)同指數(shù)，若協(xié)同指數(shù)不小于1，則兩種物料存在拮抗作用，反之，則兩種物料存在協(xié)同作用。整體來(lái)看，共消化組厭氧消化前期（0～10 d）的協(xié)同指數(shù)多大于1，厭氧消化中期（10～20 d）的協(xié)同指數(shù)在1附近波動(dòng)（1.00～2.97），厭氧消化后期（20～30 d）的協(xié)同指數(shù)小于1，說(shuō)明共消化組協(xié)同作用主要發(fā)生在厭氧消化的前10 d，這與KIM等[4]的研究結(jié)果一致，同時(shí)協(xié)同指數(shù)高于先前相關(guān)研究的結(jié)果（1.163）[10]。厭氧消化前期（0～10 d），試驗(yàn)組3（混合比5∶5）的協(xié)同指數(shù)介于試驗(yàn)組2（混合比7∶3）和試驗(yàn)組4（混合比3∶7）之間，厭氧消化中期（10～20 d），試驗(yàn)組3的協(xié)同指數(shù)高于試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組4，原因可能是油脂等慢降解有機(jī)質(zhì)的水解和產(chǎn)沼達(dá)到平衡，導(dǎo)致產(chǎn)氣速率加快。

2.3 有機(jī)物降解情況

厭氧消化前后TCOD和SCOD的濃度及去除率如圖5所示?；旌媳确謩e為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，初始TCOD濃度相似，TCOD去除率分別為60.0%、63.2%、64.6%、60.5%和59.0%，與累積沼氣產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，但略低于其他研究中共消化的最大TCOD去除率（76.6%）[3]。共消化組TCOD去除率高于餐廚垃圾或家庭廚余垃圾單獨(dú)厭氧消化，表明共消化可促進(jìn)有機(jī)物的降解，其中餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比為5∶5時(shí)，TCOD去除率最高。混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，初始SCOD濃度相似，反應(yīng)結(jié)束時(shí)，SCOD濃度分別為346.5 mg/L、313.5 mg/L、234.8 mg/L、

339.1 mg/L和382.6 mg/L，共消化組的SCOD濃度低于餐廚垃圾或家庭廚余垃圾單獨(dú)厭氧消化，對(duì)應(yīng)的SCOD去除率分別為91.6%、92.3%、94.6%、92.1%和92.1%，表明共消化可以促進(jìn)有機(jī)物的水解，餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比為5∶5時(shí)，SCOD去除率最高。

厭氧消化前后碳水化合物和蛋白質(zhì)濃度、去除率的變化如圖6所示?；旌媳确謩e為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，碳水化合物的初始濃度分別為1 567 mg/L、1 187 mg/L、1 045 mg/L、998 mg/L和924 mg/L，初始濃度隨家庭廚余垃圾比例的增加而減少，這是因?yàn)椴蛷N垃圾的碳水化合物含量（43.96%）高于家庭廚余垃圾的含量（5.22%）。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，碳水化合物的去除率分別為63.6%、58.1%、46.7%、48.3%和36.7%，物料中碳水化合物的含量對(duì)溶出效果和去除率具有較大影響。各混合試驗(yàn)組的蛋白質(zhì)初始濃度相似，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，去除率分別為26.3%、27.3%、20.4%、27.5%和22.5%，表明各組的蛋白質(zhì)去除率差別不大。

2.4 微生物群落特征

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各試驗(yàn)組細(xì)菌在門(mén)水平的相對(duì)豐度如圖7所示。厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidota）、放線菌門(mén)（Actinobacteriota）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）和綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）等是主要細(xì)菌門(mén)類(lèi)，在厭氧消化過(guò)程中主要起水解發(fā)酵作用。各試驗(yàn)組厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)的總相對(duì)豐度介于56.9%～68.7%，混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，厚壁菌門(mén)的相對(duì)豐度分別為56.7%、56.2%、45.4%、47.7%和53.2%，擬桿菌門(mén)的相對(duì)豐度分別為8.6%、12.5%、11.4%、20.6%和14.1%。厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)可以降解各種底物糖和木質(zhì)纖維素[10]，同時(shí)擬桿菌門(mén)還可水解蛋白質(zhì)[11]。變形菌門(mén)的主要功能是降解大量的有機(jī)物和消耗一些揮發(fā)性脂肪酸[12]。餐廚垃圾和家庭廚余垃圾的混合比為5∶5時(shí)，變形菌門(mén)的相對(duì)豐度為12.0%，分別是餐廚垃圾和家庭廚余垃圾單獨(dú)厭氧消化的1.5倍和2.2倍，促進(jìn)有機(jī)物的降解和甲烷的產(chǎn)生。放線菌門(mén)能夠降解復(fù)雜的多糖，綠彎菌門(mén)可以降解各種復(fù)雜的大分子，并與蛋白質(zhì)和碳水化合物的降解相關(guān)[13]。研究結(jié)果表明，細(xì)菌門(mén)類(lèi)中存在多種水解降解菌。

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各試驗(yàn)組細(xì)菌在屬水平的相對(duì)豐度如圖8所示。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)，在高濃度油脂厭氧消化體系中，互營(yíng)單胞菌屬（Syntrophomonas）的相對(duì)豐度與長(zhǎng)鏈脂肪酸的去除率高度相關(guān)?；旌媳确謩e為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，互營(yíng)單胞菌屬的相對(duì)豐度分別為3.9%、6.7%、7.2%、10.8%和7.7%，可見(jiàn)其相對(duì)豐度隨家庭廚余垃圾添加比例的增大而增大，而當(dāng)家庭廚余垃圾單獨(dú)厭氧消化時(shí)，互營(yíng)單胞菌屬的相對(duì)豐度下降，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)體系中油脂濃度過(guò)高而限制互營(yíng)單胞菌屬的生長(zhǎng)，導(dǎo)致長(zhǎng)鏈脂肪酸的積累，進(jìn)而影響反應(yīng)前期沼氣的產(chǎn)生。

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各試驗(yàn)組古菌在屬水平上的相對(duì)豐度如圖9所示。產(chǎn)甲烷菌有3種類(lèi)型，即乙酰型、氫營(yíng)養(yǎng)型和甲基營(yíng)養(yǎng)型，大部分甲烷是由前兩種類(lèi)型產(chǎn)生的[11]。甲烷八疊球菌屬（Methanosarcina）是主要的產(chǎn)甲烷菌，它既是乙酰型分解菌，也是氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌；甲烷桿菌屬（Methanobacterium）是厭氧消化過(guò)程中最常見(jiàn)的氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌；鬃毛甲烷菌屬（Methanosaeta）是唯一已知的專性乙酰型產(chǎn)甲烷菌[14]。甲烷短桿菌屬（Methanobrevibacter）和甲烷粒菌屬（Methanocorpusculum）同樣為氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌。甲烷八疊球菌屬、甲烷桿菌屬、甲烷短桿菌屬和甲烷粒菌屬均可以以H2、CO2為底物生產(chǎn)甲烷，在各試驗(yàn)組中的相對(duì)豐度均超過(guò)90%，在混合比為5∶5的試驗(yàn)組中，相對(duì)豐度高達(dá)97.6%，這是因?yàn)樵趨捬跸w系中，油脂水解產(chǎn)生的長(zhǎng)鏈脂肪酸通過(guò)β氧化途徑可以降解為乙酸和H2，從而導(dǎo)致以H2為底物的產(chǎn)甲烷菌增多。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)，在高濃度油脂體系中，更易通過(guò)氫營(yíng)養(yǎng)途徑產(chǎn)甲烷而不是乙酰型，此時(shí)甲烷粒菌屬是主要的產(chǎn)甲烷群體。而在本研究中，混合比分別為7∶3、5∶5和3∶7時(shí)，甲烷粒菌屬相對(duì)豐度分別為0.36%、6.01%和0.12%，混合比為5∶5時(shí)，相對(duì)豐度最高，大于其他混合比的試驗(yàn)組，表明混合比為5∶5時(shí)，厭氧消化系統(tǒng)的水解酸化細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌更平衡，更有利于甲烷的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

餐廚垃圾和家庭廚余垃圾混合比分別為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，累積沼氣產(chǎn)量分別為1 241.46 mL/g VS、1 658.63 mL/g VS、1 808.00 mL/g VS、1 690.90 mL/g VS和1 563.32 mL/g VS，其中，混合比為5∶5時(shí)，沼氣產(chǎn)量最高。相比Cone模型，改進(jìn)的Gompertz模型更適合分析餐廚垃圾和家庭廚余垃圾共消化過(guò)程的產(chǎn)沼動(dòng)力學(xué)。混合比分別為7∶3、5∶5和3∶7時(shí)，實(shí)際沼氣產(chǎn)量分別比理論沼氣產(chǎn)量提高19.3%、22.4%和13.3%，表明混合比為5∶5的試驗(yàn)組協(xié)同作用最強(qiáng)，同時(shí)協(xié)同作用主要發(fā)生在厭氧消化的前10 d?；旌媳确謩e為10∶0、7∶3、5∶5、3∶7和0∶10時(shí)，TCOD去除率分別為60.0%、63.2%、64.6%、60.5%和59.0%，同時(shí)SCOD去除率分別為91.6%、92.3%、94.6%、92.1%和92.1%，表明共消化促進(jìn)有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化。碳水化合物去除率隨家庭廚余垃圾添加比例的增加而減少，而蛋白質(zhì)去除率則差別不大?；旌媳葹?∶5的試驗(yàn)組互營(yíng)單胞菌屬相對(duì)豐度較高，同時(shí)氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌相對(duì)豐度最高，表明此時(shí)厭氧消化系統(tǒng)的水解酸化細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌更平衡，更有利于甲烷的產(chǎn)生。

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