蚓糞對厭氧發(fā)酵主要性能參數(shù)的影響

摘要：在厭氧發(fā)酵瓶中分別加入為廢水質(zhì)量10%、5%、1%的蚓糞，使其與不加蚓糞的發(fā)酵瓶在同等條件下從產(chǎn)氣量、比產(chǎn)甲烷活性、pH、化學(xué)需氧量（COD）消化速度等方面進行了2個周期的對比研究。結(jié)果表明，在第一周期，隨蚓糞添加量的增加，產(chǎn)氣量和比產(chǎn)甲烷活性提高，但由于蚓糞的加入，厭氧發(fā)酵瓶內(nèi)廢水的COD濃度也增大，加大了前期厭氧反應(yīng)器運行負荷，延長了其水力滯留期（HRT）；在第二周期，添加蚓糞組的產(chǎn)氣量、比產(chǎn)甲烷活性、COD消化速度都明顯優(yōu)于對照組。蚓糞對厭氧發(fā)酵污泥比產(chǎn)甲烷活性有明顯的促進作用，可以提高沼氣產(chǎn)率與COD消化速度，使pH更趨穩(wěn)定，適宜的蚓糞添加量為1%～5%。

關(guān)鍵詞：蚓糞；厭氧發(fā)酵；產(chǎn)氣量；比產(chǎn)甲烷活性；COD

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3038-03

由于產(chǎn)甲烷細菌等厭氧微生物世代期長、增殖緩慢，一般厭氧反應(yīng)器的啟動期達3～6個月，甚至更長，成為廢水厭氧微生物處理的主要缺點[1，2]。培養(yǎng)出與廢水水質(zhì)相適應(yīng)、有優(yōu)良沉降性能、高活性的污泥是反應(yīng)器啟動成功的標志[3]。快速啟動反應(yīng)器的一種可行方法是在啟動時添加對厭氧發(fā)酵微生物的生理活性有促進作用的物質(zhì)[4]。蚓糞是一種細碎類物質(zhì)，黑色、均一，通氣性、排水性、營養(yǎng)物質(zhì)吸收和保持能力良好，高持水量，在水中不易松散[5]。其呈多孔狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有利于有益微生物、厭氧細菌生存[6]。通過探討蚓糞對厭氧發(fā)酵主要性能參數(shù)的影響，研究蚓糞不同添加量對厭氧發(fā)酵過程的促進作用。

1 材料與方法

1.1 材料

蚓糞為赤子愛勝蚯蚓處理牛糞的糞便；接種污泥取自河南天冠集團酒精廠厭氧發(fā)酵罐，接種量為3.01 g（TVS）/L，TVS（總揮發(fā)性固體）/TSS（總懸浮固體）為51.65%。廢水依據(jù)厭氧菌對營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素需求采用葡萄糖等人工配制。其成分如表1所示。

1.2 發(fā)酵裝置

發(fā)酵裝置見圖1，由35 ℃恒溫箱、反應(yīng)器（500 mL反應(yīng)瓶）、產(chǎn)氣量測定系統(tǒng)組成。試驗分為4組，前3組為添加蚓糞組，分別添加為廢水質(zhì)量10%（1#）、5% （2#）、1%（3#）的蚓糞，同時以不添加蚓糞作為對照組（4#），其余試驗條件4組相同，每組設(shè)2個平行試驗反應(yīng)瓶，各瓶中分別加入廢水450 mL、污泥45 mL。最后取2個平行反應(yīng)瓶的平均值作為該組數(shù)據(jù)。

1.3 方法

為消除蚓糞添加對廢水化學(xué)需氧量（COD）與產(chǎn)氣效果的影響，試驗分2個周期，第一周期以加入廢水的COD從2 000 mg/L降至900 mg/L以下結(jié)束。然后抽出各反應(yīng)瓶液體，保留蚓糞與污泥，重新加入等量廢水（COD 2 000 mg/L）開始第二周期。為使廢水與污泥混合，每天定期搖動反應(yīng)瓶。采用重鉻酸鉀滴定法用JH-12 COD恒溫加熱器定期測定COD[7]；用HANNA HI 9024C酸堿度測定儀定期測定pH；所產(chǎn)氣體中CO2經(jīng)NaOH溶液去除，逐日測定CH4產(chǎn)量[8]；以累計產(chǎn)CH4量-生化反應(yīng)時間曲線最大活性區(qū)間的產(chǎn)甲烷速率計算厭氧污泥比產(chǎn)甲烷活性[9，10]，具體計算公式如下：

SMA=■

式中，SMA為比產(chǎn)甲烷活性，g（COD■）/[g（TSS）·d]；R為產(chǎn)甲烷速率，mL/h；CF為轉(zhuǎn)換系數(shù)，即含飽和水蒸氣的CH4體積（mL）轉(zhuǎn)換為COD（g）；V為消化液體積，L；ρs為污泥濃度，g（TSS）/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚓糞對產(chǎn)氣量的影響

2個周期累計產(chǎn)氣曲線如圖2所示。由于第一周期的馴化，厭氧污泥和蚓糞與發(fā)酵廢水適應(yīng)，故第二周期發(fā)酵時間縮短為8 d。由圖2可知，累計產(chǎn)氣量與蚓糞添加量成正相關(guān)，2個周期累計產(chǎn)氣量均為1#>2#>3#>4#，第一周期3#與4#差異不明顯，前者稍高于后者；第二周期，3#明顯高于4#，1#與2#較接近。添加蚯糞組的1#、2#、3#產(chǎn)氣量較高，第一周期可歸因于蚓糞對厭氧產(chǎn)甲烷細菌活性影響與蚓糞干物質(zhì)產(chǎn)氣，在反應(yīng)14 d后蚓糞干物質(zhì)對產(chǎn)氣的影響已消除，1#、2#、3#日產(chǎn)氣量已沒有明顯優(yōu)勢；第二周期由于蚓糞對產(chǎn)甲烷菌活性有了較大影響，1#、2#、3#日產(chǎn)氣量較高。

2.2 蚓糞對比產(chǎn)甲烷活性的影響

比產(chǎn)甲烷活性計算結(jié)果見表2。由表2可知，添加蚓糞組具有優(yōu)勢。1#、2#、3#厭氧污泥的比產(chǎn)甲烷活性明顯高于4#，其中1#、2#比產(chǎn)甲烷活性接近，比產(chǎn)甲烷活性較高。第二周期3#的比產(chǎn)甲烷活性比4#高14.3%。

2.3 蚓糞對COD降解的影響

COD變化見圖3。由圖3可知，第一周期，1#、2#、3# COD始終高于4#，加入蚓糞導(dǎo)致發(fā)酵瓶內(nèi)COD濃度增大；5 d時，1#、2# COD與初值相比分別升高37.5%和5.1%，3#、4# COD與初值相比分別降低1.0%和18.5%；10 d 后，1#、2#、3# COD降解速率與4#相比變緩，COD降解較難。第二周期，由于蚓糞對污泥活性的促進作用，1#、2#、3# COD濃度始終低于4#。

2.4 蚓糞對pH的影響

第一周期1#、2#、3#初始pH較4#略有升高（圖4A），這是因為蚓糞為中性偏堿所致；到第二周期，4組pH基本一致，蚓糞對pH影響減?。▓D4B）。第二周期試驗因加入pH偏低的廢水，在較低pH條件下發(fā)酵，1#、2#、3#污泥沒有上浮，4#輕微上浮，輕搖后下沉，發(fā)酵不受影響?？傮w來看，蚓糞對pH的影響較小，1#、2#、3# pH比4#變化平緩、波動小，利于發(fā)酵。

3 結(jié)論

1）添加蚓糞在厭氧發(fā)酵過程中可提高污泥活性、縮短發(fā)酵周期、提高產(chǎn)氣量與COD降解速率，同時對發(fā)酵液的pH有調(diào)節(jié)作用，使其保持適宜范圍。

2）蚓糞添加量宜采用1%～5%的添加水平，過少不能明顯促進比產(chǎn)甲烷活性的提高，過多會導(dǎo)致占用反應(yīng)器更大的體積，同時增大反應(yīng)器內(nèi)初期COD。

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