零價(jià)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(jìn)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(jià)鐵混合物(零價(jià)鐵投加量為餐廚垃圾的0.1%)，考察不同馴化方式下的零價(jià)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(jià)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(shí)，即在用50 g/L餐廚垃圾+50 mg/L零價(jià)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(jià)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(jī)負(fù)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(jī)負(fù)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(biāo)，勢必成為供求的熱點(diǎn)，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個(gè)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(jì)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(zhǔn)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(jià)鐵作為一種價(jià)格低廉的活性金屬，其電極電位E(Fe0/Fe2+)=-0.44 V，具有強(qiáng)還原能力。主要反應(yīng)機(jī)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(shí)零價(jià)鐵又促進(jìn)同型產(chǎn)乙酸菌將H2加速轉(zhuǎn)化為乙酸，從而間接促進(jìn)丙酸的分解轉(zhuǎn)化[6]。汪桂芝等[7]在以2，4，6-三氯苯酚為基質(zhì)的厭氧試驗(yàn)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(jié)果表明，當(dāng)初始pH偏堿性時(shí)，“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(diào)節(jié)能力很強(qiáng)。說明在廢水厭氧處理中添加Fe0可更好地增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。在以藍(lán)藻為生物質(zhì)的厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷試驗(yàn)中，當(dāng)Fe3+濃度為100 mg/L時(shí)，序批式厭氧消化的產(chǎn)甲烷量達(dá)到最大[8]，故本研究取100 mg/L作為零價(jià)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(jià)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(xué)學(xué)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(yàn)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(jìn)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(jìn)料之后用N2吹脫2 min[9]，以驅(qū)逐進(jìn)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(gè)軟性厭氧瓶(有效容積500 mL)和一個(gè)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(yàn)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)捬跗浚?span>A1、A2為添加零價(jià)鐵的試驗(yàn)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(shí)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(dāng)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(shí)則表明污泥馴化成熟[11]。

馴化后污泥產(chǎn)氣活性測定。試驗(yàn)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(biāo)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(xiàn)[13]。