蚓糞對(duì)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(jìn)行了2個(gè)周期的對(duì)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?jī)?nèi)廢水的COD濃度也增大，加大了前期厭氧反應(yīng)器運(yùn)行負(fù)荷，延長(zhǎng)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(duì)照組。蚓糞對(duì)厭氧發(fā)酵污泥比產(chǎn)甲烷活性有明顯的促進(jìn)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(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）13-3038-03

由于產(chǎn)甲烷細(xì)菌等厭氧微生物世代期長(zhǎng)、增殖緩慢，一般厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)期達(dá)3～6個(gè)月，甚至更長(zhǎng)，成為廢水厭氧微生物處理的主要缺點(diǎn)[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(dòng)成功的標(biāo)志[3]。快速啟動(dòng)反應(yīng)器的一種可行方法是在啟動(dòng)時(shí)添加對(duì)厭氧發(fā)酵微生物的生理活性有促進(jìn)作用的物質(zhì)[4]。蚓糞是一種細(xì)碎類物質(zhì)，黑色、均一，通氣性、排水性、營(yíng)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(xì)菌生存[6]。通過(guò)探討蚓糞對(duì)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(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程的促進(jìn)作用。

1 材料與方法

1.1 材料

蚓糞為赤子愛(ài)勝蚯蚓處理牛糞的糞便；接種污泥取自河南天冠集團(tuán)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(duì)營(yíng)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(jiàn)圖1，由35 ℃恒溫箱、反應(yīng)器（500 mL反應(yīng)瓶）、產(chǎn)氣量測(cè)定系統(tǒng)組成。試驗(yàn)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(shí)以不添加蚓糞作為對(duì)照組（4#），其余試驗(yàn)條件4組相同，每組設(shè)2個(gè)平行試驗(yàn)反應(yīng)瓶，各瓶中分別加入廢水450 mL、污泥45 mL。最后取2個(gè)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(duì)廢水化學(xué)需氧量（COD）與產(chǎn)氣效果的影響，試驗(yàn)分2個(gè)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(dòng)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(cè)定COD[7]；用HANNA HI 9024C酸堿度測(cè)定儀定期測(cè)定pH；所產(chǎn)氣體中CO2經(jīng)NaOH溶液去除，逐日測(cè)定CH4產(chǎn)量[8]；以累計(jì)產(chǎn)CH4量-生化反應(yīng)時(shí)間曲線最大活性區(qū)間的產(chǎn)甲烷速率計(jì)算厭氧污泥比產(chǎn)甲烷活性[9，10]，具體計(jì)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(duì)產(chǎn)氣量的影響

2個(gè)周期累計(jì)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(shí)間縮短為8 d。由圖2可知，累計(jì)產(chǎn)氣量與蚓糞添加量成正相關(guān)，2個(gè)周期累計(jì)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(duì)厭氧產(chǎn)甲烷細(xì)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(duì)產(chǎn)氣的影響已消除，1#、2#、3#日產(chǎn)氣量已沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)；第二周期由于蚓糞對(duì)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(duì)比產(chǎn)甲烷活性的影響

比產(chǎn)甲烷活性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，添加蚓糞組具有優(yōu)勢(shì)。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(duì)COD降解的影響

COD變化見(jiàn)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?jī)?nèi)COD濃度增大；5 d時(shí)，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(duì)污泥活性的促進(jìn)作用，1#、2#、3# COD濃度始終低于4#。

2.4 蚓糞對(duì)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?yàn)轵炯S為中性偏堿所致；到第二周期，4組pH基本一致，蚓糞對(duì)pH影響減小（圖4B）。第二周期試驗(yàn)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(méi)有上浮，4#輕微上浮，輕搖后下沉，發(fā)酵不受影響。總體來(lái)看，蚓糞對(duì)pH的影響較小，1#、2#、3# pH比4#變化平緩、波動(dòng)小，利于發(fā)酵。

3 結(jié)論

1）添加蚓糞在厭氧發(fā)酵過(guò)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(shí)對(duì)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(guò)少不能明顯促進(jìn)比產(chǎn)甲烷活性的提高，過(guò)多會(huì)導(dǎo)致占用反應(yīng)器更大的體積，同時(shí)增大反應(yīng)器內(nèi)初期COD。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀延齡.廢水的厭氧處理[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[2] 李 軍，楊秀山，彭永臻.厭氧生物技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3] 任洪強(qiáng)，陳 堅(jiān)，倫世儀.生產(chǎn)性UASB反應(yīng)器快速啟動(dòng)過(guò)程研究[J].中國(guó)沼氣，2000，18（3）：17-20.

[4] 張 彥.蚓糞對(duì)厭氧發(fā)酵影響的初步研究[J].中國(guó)沼氣，2006（2）：59-63.

[5] 王彥青，廉振民.蚯蚓與重金屬污染治理及蚓糞應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（增刊）：59-63.

[6] 陳寶書，陳本建，張惠霞，等.蚯蚓糞營(yíng)養(yǎng)成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[7] 中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所《厭氧發(fā)酵常規(guī)分析》編寫組.沼氣發(fā)酵常規(guī)分析[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

[8] 周孟津，張榕林，藺金印.沼氣實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[9] 張 彥.蚓糞促進(jìn)厭氧發(fā)酵效果的試驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[10] 岳秀萍，李亞新，劉美霞. 聚季銨鹽對(duì)厭氧生化反應(yīng)器中微生物自身固定化的促進(jìn)作用[J].化工學(xué)報(bào)，2004，55（3）：418-421.