Fe2+對厭氧發酵過程中VFA和SS的影響

高雅

摘要：研究了UASB在改變進水Fe2+濃度的情況下，對厭氧發酵過程中產物VFA以及出水SS的影響。結果表明：當Fe2+濃度升高時，液相末端產物乙酸濃度逐漸降低，丙酸濃度隨之升高；此外Fe2+的投加能有效地去除SS；Fe2+在改善厭氧發酵工藝的效率上有一定的促進作用。

關鍵詞：揮發性脂肪酸；懸浮物；厭氧發酵

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0043-02

1 引言

厭氧發酵工藝在廢水處理效果、工藝成本以及能源消耗等方面具有較突出的優勢，已在各污廢水處理廠中得到廣泛應用。厭氧反應器在進行厭氧發酵的過程中會產生揮發性脂肪酸（VFA），其主要成分為乙酸、丙酸等。生成VFA的效率和VFA濃度與厭氧發酵的處理進程有很大的關系。VFA的監測能夠反映出厭氧反應器的運行情況，較高的VFA濃度不僅對產甲烷菌有抑制作用，而且對酸化前期的水解過程產生一定的消極影響[1]。有機物在廢水中通常以懸浮物或者膠體的形式存在，懸浮物（SS）的大量累積對厭氧反應器的發酵是不利的[2]，因此提高SS的去除率也應加以研究。

2 實驗與方法

2.1 實驗裝置與實驗廢水

本實驗采用兩組單級上流式厭氧污泥床反應器（UASB），分別設置為實驗組和對照組。反應器內接種已馴化好的活性厭氧污泥。反應器材質為有機玻璃，反應區有效體積為2.0 L，水力停留時間為19 h。進水采用實驗室配制的蔗糖溶液，并加入碳酸氫鈉以調節堿度，進水的常量元素和微量元素如表1所示。

實驗前兩組反應器的運行狀態基本一致：進水蔗糖濃度為2500 mg/L，出水糖濃度20 mg/L左右，進水Fe2+濃度為7 mg/L，反應器內部pH值為7。本實驗所投加的鐵源為FeSO4·7H2O。

2.2 實驗方法

VFA測定：采用6890N型號氣相色譜儀。反應器出水經離心機12000 r/min離心5 min，取其上清液3 mL，并加入3%甲酸1 mL，再次離心5 min，最后取混合液的上清液1 mL進行儀器檢測。

SS測定：采用GB11901-89重量法。取反應器出水600～700 mL，靜置沉淀30 min后取上清液500 mL進行測定。

3 結果與討論

3.1 Fe2+對VFA的影響

圖1所示為不同濃度的Fe2+對揮發性脂肪酸中乙酸和丙酸濃度的影響情況。實驗組的進水Fe2+濃度未改變之前，兩組反應器的VFA濃度相近，其乙酸濃度在180 mg/L左右，丙酸濃度在30 mg/L左右。依次提高實驗組的進水Fe2+濃度至11 mg/L和15 mg/L，乙酸濃度呈下降的趨勢，而丙酸濃度逐漸上升。乙酸濃度的下降趨勢變化較為明顯，丙酸濃度的趨勢略有波動，但從總體來看仍是上升的趨勢。由此可以看出，提高Fe2+濃度對液相末端產物的濃度有一定的影響。李永峰等[3]在研究Fe2+對液相末端產物濃度的影響時發現當Fe2+從0 mg/L直接提高至50 mg/L時，乙酸和丙酸的濃度均增加。而丁杰等[4]所研究的當Fe2+從2 mg/L提高至10 mg/L時，乙酸濃度降低，丙酸濃度升高，該結論與本文一致。

相比于乙酸來說，丙酸的降解速度比較緩慢并且容易積累[5]。鐵元素存在于水解酶、產甲烷菌中的CO脫氫酶和鐵氧化還原蛋白中[6～8]，Fe2+濃度的提高不僅能促進產甲烷菌中酶的活性，而且對水解階段有一定的促進作用，因此降解乙酸的速率加快，而丙酸大量積累。

3.2 Fe2+對出水SS的影響

Fe2+濃度條件未改變時，兩組反應器的SS相近，均在19 mg/L左右。提高Fe2+濃度后，實驗組的SS逐漸降低，如圖2所示。當進水Fe2+濃度分別為11 mg/L和15 mg/L時，其相應的SS分別降至12.5 mg/L和7.4 mg/L。這說明，加入Fe2+能有效地去除SS。鐵能夠附

著在顆粒污泥上，使得厭氧污泥顆粒化的時間大幅縮短，而此時的顆粒表面有較好的表面張力[9]。除此之外，水溶后的鐵離子能在局部形成水合物，具有一定的吸附力，能達到去除SS的效果[10]。

4 結論

Fe2+對厭氧發酵過程有一定的影響。投加一定量的Fe2+后，乙酸濃度降低，丙酸濃度升高，說明適量的Fe2+能促進乙酸的降解，產物丙酸的生成。同時隨著進水Fe2+濃度的增加，SS逐漸降低，說明適量地投加Fe2+能有效地去除SS。

參考文獻：

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