零價鐵馴化污泥對餐廚垃圾厭氧消化產甲烷的影響

零價鐵馴化污泥對餐廚垃圾厭氧消化產甲烷的影響

以餐廚垃圾為基質，在中溫(37±1) ℃條件下進行單相厭氧發(fā)酵。污泥馴化過程中以半連續(xù)和間歇兩種方式投加餐廚垃圾和零價鐵混合物(零價鐵投加量為餐廚垃圾的0.1%)，考察不同馴化方式下的零價鐵對餐廚垃圾厭氧消化產甲烷潛能的影響。結果表明，用2.5 g/(L˙d)餐廚垃圾+2.5 mg/(L˙d)零價鐵馴化后的厭氧污泥在2.5 g/(L˙d)餐廚垃圾的半連續(xù)培養(yǎng)過程中，反應器平均日產甲烷率較對照組提高了17.74%;而以間歇方式培養(yǎng)時，即在用50 g/L餐廚垃圾+50 mg/L零價鐵馴化后的厭氧污泥中一次性投加50 g/L餐廚垃圾，其平均日產甲烷率較對照組降低了9.97%。因此，在半連續(xù)式馴化方式下，零價鐵更有利于提升餐廚垃圾單相厭氧消化的穩(wěn)定性和產氣率。

厭氧消化產沼氣作為一種新型環(huán)保技術被廣泛應用于餐廚垃圾處理，然而諸多因素如有機負荷、pH、溫度、C/N、微量元素等可對厭氧消化及產氣過程產生較大影響[1，2]。其中，有機負荷和微量元素作為可減少厭氧消化系統(tǒng)酸積累和保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要控制因子而被廣泛關注[3，4]。

pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經濟效益。我們美國BroadleyJames生產的E-1312 pH電極經久耐用，質量可靠，測試準確，廣泛應用于各級環(huán)保污水監(jiān)測以及污水處理過程。

零價鐵作為一種價格低廉的活性金屬，其電極電位E(Fe0/Fe2+)=-0.44 V，具有強還原能力。主要反應機理如下：在陽極Fe失電子被氧化成Fe2+，陰極H+得電子被還原為2[H]→H2[5];同時零價鐵又促進同型產乙酸菌將H2加速轉化為乙酸，從而間接促進丙酸的分解轉化[6]。汪桂芝等[7]在以2，4，6-三氯苯酚為基質的厭氧試驗中，分別考察“Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物"體系對2，4，6-三氯苯酚的降解效果。結果表明，當初始pH偏堿性時，“Fe0-微生物"體系對2，4，6-三氯苯酚降解效率很好，且對系統(tǒng)pH的調節(jié)能力很強。說明在廢水厭氧處理中添加Fe0可更好地增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。在以藍藻為生物質的厭氧發(fā)酵產甲烷試驗中，當Fe3+濃度為100 mg/L時，序批式厭氧消化的產甲烷量達到最大[8]，故本研究取100 mg/L作為零價鐵的添加量，采用半連續(xù)和間歇兩種培養(yǎng)方式考察添加零價鐵馴化污泥對餐廚垃圾厭氧消化產甲烷潛能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

接種污泥來自武漢市某醫(yī)藥公司污水處理廠厭氧池，其形狀為黑色顆粒;餐廚垃圾取自武漢科技大學學生食堂，經過粉碎，篩網和混合預處理之后同厭氧污泥一起2 ℃保存。餐廚垃圾和接種污泥的特征參數見表1。

1.2 試驗裝置

污泥馴化裝置。污泥馴化裝置主要由一組有效容積500 mL的軟性厭氧瓶和一臺恒溫水浴振蕩器組成，厭氧瓶組置于水浴振蕩器中，(37±1) ℃條件下進行培養(yǎng)。厭氧瓶上部插有排氣管，以排出厭氧發(fā)酵過程中產生的氣體。每次進料之后用N2吹脫2 min[9]，以驅逐進料所帶入的氧氣，從而保持瓶中的厭氧狀態(tài)。

厭氧發(fā)酵裝置。厭氧發(fā)酵裝置由兩個軟性厭氧瓶(有效容積500 mL)和一個錐形瓶(有效容積500 mL)組成(圖1)，分別作為厭氧反應器、氣體收集瓶和排水瓶，用密封的橡膠管連接，組成一套氣體連通裝置。

1.3 試驗方法

接種污泥馴化。將預熱后的顆粒污泥混合均勻后接入厭氧瓶，A1、A2為添加零價鐵的試驗組，B1、B2為對照組(表2)，在各組中投入相應基質，在中溫(37±1) ℃條件下，用水浴振蕩器馴化20 d。在馴化期間，每隔12 h振蕩1次，振蕩速率為90 r/min，時長5 min[10]。投加預處理好的餐廚垃圾前取樣檢測pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)和COD濃度。當污泥pH 6.5～7.5，VFAs為50～500 mg/L，氧化還原電位(ORP)為-530～-520 mV時則表明污泥馴化成熟[11]。

馴化后污泥產氣活性測定。試驗共設4組，每組設2份平行樣，結果取平均值。接種污泥馴化完成后，將餐廚垃圾按表3方式快速投入到厭氧反應器中。在(37±1) ℃條件下恒溫培養(yǎng)25 d，每天測定一次產氣量。

1.4 測試分析方法

總固體(TS)和揮發(fā)性固體(VS)采用烘干法測定;COD采用國標重鉻酸鉀法測定[12];甲烷量采用排NaOH(3%)溶液法測定。揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)采用液相色譜法，從反應器中取樣后，先以5 000 r/min高速離心后取上清液，再用超聲波振蕩30 min，然后通過高效液相色譜儀測定其相應的濃度，具體方法參照文獻[13]。