蚯蚓糞對厭氧污泥顆粒化的影響

張彥等

摘要：在IC反應器上進行了蚯蚓糞作為添加劑對厭氧污泥顆?；绊懙脑囼?。觀察分析了污泥外觀、微生物相，測試分析了污泥VSS/TSS與SVI變化、污泥粒徑分布、污泥沉降速度。結果表明，蚯蚓糞為形成污泥顆粒提供附著體，促進具有良好沉降性能的厭氧顆粒污泥的形成。

關鍵詞：蚯蚓糞；添加劑；IC反應器；厭氧污泥；顆粒化

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）13-3022-03

Effects of Vermicompost on Granulation of Anaerobic Sludge

ZHANG Yan1a，FAN Zhen-shan1b，YANG Shi-guan2，ZHANG Bai-liang3，YANG Bo4

（1a. Department of Mechanical Engineering； 1b. Department of Automotive Engineering， Zhengzhou Technical College， Zhengzhou 450121， China； 2. National Engineering Laboratory of Biomass Power Generation Equipment， North China Electric Power University， Beijing 102206，China； 3. Key Laboratory of Renewable Energy of Ministry of Agriculture， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， China；

4.Wanfang College of Science & Technology， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， Henan， China）

Abstract： Effects of vermicompost on granulation of anaerobic sludge in IC reactor was studied. The appearance and microbiofacies of anaerobic granular sludge were observed and analyzed. The VSS/TSS and SVI change， size distribution， Sedimentation velocity of anaerobic granular sludge were tested and analyzed. The results showed that vermicompost granule provided the attachment and promoted the formation of anaerobic granular sludge with good settling performance.

Key words： vermicompost； additive； IC reactor； anaerobic sludge； granulation

廢水厭氧生物處理技術的關鍵是厭氧顆粒污泥（AGS）的形成富集[1，2]。厭氧微生物生長條件苛刻、繁殖緩慢，反應器中AGS培養時間較長，選取合理反應器啟動工藝，縮短AGS形成過程非常關鍵。決定顆粒污泥形成的外界條件很多，在其他條件相同時，可向進水中投加促進劑、維生素、營養物等來保證反應器內最佳生長條件，人為促進可以加快顆?；M程。

蚯蚓糞是一種黑色、均一、高持水量，排水性、通氣性、營養物質吸收與保持能力良好，在水中不易松散的細碎類物質[3，4]，其內部結構呈多孔狀，有利于厭氧細菌、有益微生物生存[5]。本試驗就蚯蚓糞對AGS的影響進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

接種污泥：IC反應器內原有試驗過程產生的厭氧污泥。蚯蚓糞：赤子愛勝蚯蚓處理牛糞后所產糞便。試驗廢水：采用葡萄糖配制的人工廢水。

1.2 試驗裝置

試驗采用的IC反應器試驗系統如圖1 所示，包括IC反應器及氣體流量計、輔助熱源、儲氣裝置、水泵等輔助設備[6]。

1.3 測定項目與方法

COD：采用重鉻酸鉀滴定法，用JH-12 COD恒溫加熱器定期測定[7]；產氣量用濕式氣體流量計測定；污泥微生物特征用IBE2000型倒置熒光生物顯微鏡測定；揮發性懸浮固體（VSS）、總懸浮固體（TSS）、污泥體積指數（SVI）采用標準方法[8]測定；顆粒污泥粒徑分布采用濕式篩分析法[9，10]測定；顆粒污泥沉降速度用1 000 mL量筒注滿清水，測高度H，用秒表測量單個AGS從筒口沉降到量底的時間t，計算該顆粒沉降速度v=H/t。以10～20個某粒徑范圍任取的顆粒污泥沉降速度平均值作為該粒徑的沉降速度。

1.4 方案設計

使反應器污泥床反應區溫度保持（35±1）℃，試驗在中溫條件下進行。在進水流量25～30 L/d，COD濃度1 500～2 000 mg/L工況下馴化反應器內存留的污泥，污泥活性1個月后恢復，反應器可正常運行，有機負荷（以COD計）達0.857 kg/（m3·d），出水COD在700 mg/L以下。污泥馴化后，加入2.5 kg蚯蚓糞，添加量為廢水質量的3.5%。在反應器中讓蚯蚓糞先靜置36 h，以便蚯蚓糞中有益菌適應IC反應器運行條件，再開始啟動，調節運行負荷，考察AGS變化。

2 結果與分析

2.1 IC反應器COD濃度與進水流量隨時間的變化

IC反應器COD濃度與進水流量在試驗過程中隨時間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀觀察結果

第12天反應器污泥床區污泥為細小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開，有利厭氧菌吸附生長；細小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開，只剩下細微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開始變大，較為密實，機械強度大大增強。

反應器啟動結束時污泥床區污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發現部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應器內蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應器內厭氧發酵微生物提供微量元素、營養成分并改變了微生物生存環境，同時厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機質供自身生長，表明能良好保持自身形態的蚯蚓糞骨架可作為對微生物固定化、顆?；鸷艽笞饔玫牧己幂d體。

2.3 微生物相觀察結果

在反應器啟動初期與結束時分別取污泥床區混合液進行40×160倍的顯微鏡觀察，觀察結果見圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區微生物隨時間發生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應器運行逐漸生長，啟動結束時絲菌、桿菌與球菌共同生長，絲狀菌占優勢，以網絡形式把桿菌、球菌、無機質聚合，促進AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測定結果見表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長且蚯蚓糞中存在有機質，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經歷穩定、升高期。蚯蚓糞在啟動初期的厭氧發酵中被分解，提供了部分微量元素、營養物質用于厭氧菌生長，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機質減少量小于厭氧菌生長量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應器停運后其內污泥，粒徑分布測定結果（圖7）表明，多數顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度小；受蚯蚓糞中無機質細粒、大顆粒骨架影響，污泥中無機質含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結構松散、易破碎、內部營養供應不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結論

蚯蚓糞在IC反應器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆粒化的良好載體，促進具有良好沉降性能的AGS的形成。

參考文獻：

[1] 賀延齡.廢水的厭氧處理[M].北京：中國輕工業出版社，2001.

[2] 張 彥.蚯蚓糞促進厭氧發酵效果的試驗研究[D].鄭州：河南農業大學，2006.

[3] 王彥青，廉振民.蚯蚓與重金屬污染治理及蚯蚓糞應用的研究進展[J].陜西師范大學學報（自然科學版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，張 彥，楊世關，等.蚓糞對厭氧發酵主要性能參數的影響[J]. 湖北農業科學，2013，52（13）：3038-3040.

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

[6] 楊世關. 內循環（IC）厭氧反應器實驗研究[D].鄭州：河南農業大學， 2002.

[7] 中國科學院成都生物研究所. 沼氣發酵常規分析[M]. 北京：北京科學技術出版社，1984.

[8] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2002.

[9] 楊世關，趙青玲，張 杰，等.兩種厭氧反應器培養顆粒污泥的對比試驗[J].農業工程學報，2007，23（1）：183-187.

[10] 張 杰. IC反應器處理豬糞廢水條件下厭氧污泥顆?；芯縖D].鄭州：河南農業大學， 2004.

IC反應器COD濃度與進水流量在試驗過程中隨時間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀觀察結果

第12天反應器污泥床區污泥為細小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開，有利厭氧菌吸附生長；細小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開，只剩下細微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開始變大，較為密實，機械強度大大增強。

反應器啟動結束時污泥床區污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發現部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應器內蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應器內厭氧發酵微生物提供微量元素、營養成分并改變了微生物生存環境，同時厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機質供自身生長，表明能良好保持自身形態的蚯蚓糞骨架可作為對微生物固定化、顆粒化起很大作用的良好載體。

2.3 微生物相觀察結果

在反應器啟動初期與結束時分別取污泥床區混合液進行40×160倍的顯微鏡觀察，觀察結果見圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區微生物隨時間發生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應器運行逐漸生長，啟動結束時絲菌、桿菌與球菌共同生長，絲狀菌占優勢，以網絡形式把桿菌、球菌、無機質聚合，促進AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測定結果見表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長且蚯蚓糞中存在有機質，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經歷穩定、升高期。蚯蚓糞在啟動初期的厭氧發酵中被分解，提供了部分微量元素、營養物質用于厭氧菌生長，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機質減少量小于厭氧菌生長量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應器停運后其內污泥，粒徑分布測定結果（圖7）表明，多數顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度??；受蚯蚓糞中無機質細粒、大顆粒骨架影響，污泥中無機質含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結構松散、易破碎、內部營養供應不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結論

蚯蚓糞在IC反應器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆?；牧己幂d體，促進具有良好沉降性能的AGS的形成。

參考文獻：

[1] 賀延齡.廢水的厭氧處理[M].北京：中國輕工業出版社，2001.

[2] 張 彥.蚯蚓糞促進厭氧發酵效果的試驗研究[D].鄭州：河南農業大學，2006.

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[8] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].北京：中國環境科學出版社，2002.

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[10] 張 杰. IC反應器處理豬糞廢水條件下厭氧污泥顆?；芯縖D].鄭州：河南農業大學， 2004.

IC反應器COD濃度與進水流量在試驗過程中隨時間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀觀察結果

第12天反應器污泥床區污泥為細小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開，有利厭氧菌吸附生長；細小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開，只剩下細微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開始變大，較為密實，機械強度大大增強。

反應器啟動結束時污泥床區污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發現部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應器內蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應器內厭氧發酵微生物提供微量元素、營養成分并改變了微生物生存環境，同時厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機質供自身生長，表明能良好保持自身形態的蚯蚓糞骨架可作為對微生物固定化、顆?；鸷艽笞饔玫牧己幂d體。

2.3 微生物相觀察結果

在反應器啟動初期與結束時分別取污泥床區混合液進行40×160倍的顯微鏡觀察，觀察結果見圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區微生物隨時間發生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應器運行逐漸生長，啟動結束時絲菌、桿菌與球菌共同生長，絲狀菌占優勢，以網絡形式把桿菌、球菌、無機質聚合，促進AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測定結果見表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長且蚯蚓糞中存在有機質，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經歷穩定、升高期。蚯蚓糞在啟動初期的厭氧發酵中被分解，提供了部分微量元素、營養物質用于厭氧菌生長，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機質減少量小于厭氧菌生長量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應器停運后其內污泥，粒徑分布測定結果（圖7）表明，多數顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度?。皇茯球炯S中無機質細粒、大顆粒骨架影響，污泥中無機質含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結構松散、易破碎、內部營養供應不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結論

蚯蚓糞在IC反應器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆粒化的良好載體，促進具有良好沉降性能的AGS的形成。

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[9] 楊世關，趙青玲，張 杰，等.兩種厭氧反應器培養顆粒污泥的對比試驗[J].農業工程學報，2007，23（1）：183-187.

[10] 張 杰. IC反應器處理豬糞廢水條件下厭氧污泥顆?；芯縖D].鄭州：河南農業大學， 2004.