零价铁驯化污泥对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

北极星环保网讯:摘要：以餐厨垃圾为基质，在中温(37±1) ℃条件下进行单相厌氧发酵。污泥驯化过程中以半连续和间歇两种方式投加餐厨垃圾和零价铁混合物(零价铁投加量为餐厨垃圾的0.1%)，考察不同驯化方式下的零价铁对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷潜能的影响。结果表明，用2.5 g/(L˙d)餐厨垃圾+2.5 mg/(L˙d)零价铁驯化后的厌氧污泥在2.5 g/(L˙d)餐厨垃圾的半连续培养过程中，反应器平均日产甲烷率较对照组提高了17.74%;而以间歇方式培养时，即在用50 g/L餐厨垃圾+50 mg/L零价铁驯化后的厌氧污泥中一次性投加50 g/L餐厨垃圾，其平均日产甲烷率较对照组降低了9.97%。因此，在半连续式驯化方式下，零价铁更有利于提升餐厨垃圾单相厌氧消化的稳定性和产气率。

厌氧消化产沼气作为一种新型环保技术被广泛应用于餐厨垃圾处理，然而诸多因素如有机负荷、pH、温度、C/N、微量元素等可对厌氧消化及产气过程产生较大影响[1，2]。其中，有机负荷和微量元素作为可减少厌氧消化系统酸积累和保持系统稳定性的重要控制因子而被广泛关注[3，4]。

零价铁作为一种价格低廉的活性金属，其电极电位E(Fe0/Fe2+)=-0.44 V，具有强还原能力。主要反应机理如下：在阳极Fe失电子被氧化成Fe2+，阴极H+得电子被还原为2[H]→H2[5];同时零价铁又促进同型产乙酸菌将H2加速转化为乙酸，从而间接促进丙酸的分解转化[6]。汪桂芝等[7]在以2，4，6-三氯苯酚为基质的厌氧试验中，分别考察“Fe0/Fe2+/Fe3+-微生物”体系对2，4，6-三氯苯酚的降解效果。结果表明，当初始pH偏碱性时，“Fe0-微生物”体系对2，4，6-三氯苯酚降解效率最好，且对系统pH的调节能力最强。说明在废水厌氧处理中添加Fe0可更好地增强系统稳定性。在以蓝藻为生物质的厌氧发酵产甲烷试验中，当Fe3+浓度为100 mg/L时，序批式厌氧消化的产甲烷量达到最大[8]，故本研究取100 mg/L作为零价铁的添加量，采用半连续和间歇两种培养方式考察添加零价铁驯化污泥对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷潜能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

接种污泥来自武汉市某医药公司污水处理厂厌氧池，其形状为黑色颗粒;餐厨垃圾取自武汉科技大学学生食堂，经过粉碎，筛网和混合预处理之后同厌氧污泥一起2 ℃保存。餐厨垃圾和接种污泥的特征参数见表1。

1.2 试验装置

污泥驯化装置。污泥驯化装置主要由一组有效容积500 mL的软性厌氧瓶和一台恒温水浴振荡器组成，厌氧瓶组置于水浴振荡器中，(37±1) ℃条件下进行培养。厌氧瓶上部插有排气管，以排出厌氧发酵过程中产生的气体。每次进料之后用N2吹脱2 min[9]，以驱逐进料所带入的氧气，从而保持瓶中的厌氧状态。

厌氧发酵装置。厌氧发酵装置由两个软性厌氧瓶(有效容积500 mL)和一个锥形瓶(有效容积500 mL)组成(图1)，分别作为厌氧反应器、气体收集瓶和排水瓶，用密封的橡胶管连接，组成一套气体连通装置。

1.3 试验方法

接种污泥驯化。将预热后的颗粒污泥混合均匀后接入厌氧瓶，A1、A2为添加零价铁的试验组，B1、B2为对照组(表2)，在各组中投入相应基质，在中温(37±1) ℃条件下，用水浴振荡器驯化20 d。在驯化期间，每隔12 h振荡1次，振荡速率为90 r/min，时长5 min[10]。投加预处理好的餐厨垃圾前取样检测pH、挥发性脂肪酸(VFAs)和COD浓度。当污泥pH 6.5～7.5，VFAs为50～500 mg/L，氧化还原电位(ORP)为-530～-520 mV时则表明污泥驯化成熟[11]。

驯化后污泥产气活性测定。试验共设4组，每组设2份平行样，结果取平均值。接种污泥驯化完成后，将餐厨垃圾按表3方式快速投入到厌氧反应器中。在(37±1) ℃条件下恒温培养25 d，每天测定一次产气量。

1.4 测试分析方法

总固体(TS)和挥发性固体(VS)采用烘干法测定;COD采用国标重铬酸钾法测定[12];甲烷量采用排NaOH(3%)溶液法测定。挥发性脂肪酸(VFAs)采用液相色谱法，从反应器中取样后，先以5 000 r/min高速离心后取上清液，再用超声波振荡30 min，然后通过高效液相色谱仪测定其相应的浓度，具体方法参照文献[13]。

2 结果与分析

2.1 污泥驯化过程中pH的变化