零價鐵馴化污泥對餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)甲烷的影響
以餐廚垃圾為基質(zhì)，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(chǎn)甲烷潛能的影響。結(jié)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(yīng)器平均日產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)氣率。
厭氧消化產(chǎn)沼氣作為一種新型環(huán)保技術(shù)被廣泛應(yīng)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(chǎn)氣過程產(chǎn)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(guān)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(jīng)濟效益。我們美國broadleyjames生產(chǎn)的e-1312 ph電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，測試準確，廣泛應(yīng)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(yīng)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(chǎn)乙酸菌將h2加速轉(zhuǎn)化為乙酸，從而間接促進丙酸的分解轉(zhuǎn)化[6]。汪桂芝等[7]在以2，4，6-三氯苯為基質(zhì)的厭氧試驗中，分別考察“fe0/fe2+/fe3+-微生物”體系對2，4，6-三氯苯的降解效果。結(jié)果表明，當初始ph偏堿性時，“fe0-微生物”體系對2，4，6-三氯苯降解效率很好，且對系統(tǒng)ph的調(diào)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(zhì)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷試驗中，當fe3+濃度為100 mg/l時，序批式厭氧消化的產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)過粉碎，篩網(wǎng)和混合預(yù)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(shù)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(chǎn)生的氣體。每次進料之后用n2吹脫2 min[9]，以驅(qū)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(yīng)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(yù)熱后的顆粒污泥混合均勻后接入?yún)捬跗?，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(yīng)基質(zhì)，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(yù)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(chǎn)氣活性測定。試驗共設(shè)4組，每組設(shè)2份平行樣，結(jié)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(yīng)器中。在(37±1) ℃條件下恒溫培養(yǎng)25 d，每天測定一次產(chǎn)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(yīng)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(yīng)的濃度，具體方法參照文獻[13]。