长链脂肪酸对厌氧颗粒污泥产甲烷毒性研究_周洪波

收稿日期:2000-10-29基金项目:同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室2000年开放课题基金资助项目长链脂肪酸对厌氧颗粒污泥产甲烷毒性研究周洪波1,陈坚1,赵由才2,周琪2(1.无锡轻工大学生物工程学院环境生物技术研究室,江苏无锡214036;2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)摘要:在间歇培养中研究了不同长链脂肪酸(LCFA)对UASB和EGSB两种反应器厌氧颗粒污泥的产甲烷毒性。结果表明,庚酸、癸酸和油酸对厌氧颗粒污泥产甲烷活性有较强的抑制,EGSB反应器厌氧颗粒污泥对LCFA的抑制表现出比UASB反应器厌氧颗粒污泥更大的耐受能力。LCFA主要通过在颗粒污泥厌氧微生物的吸附而破坏菌体细胞膜的结构,直接杀死厌氧微生物。厌氧颗粒污泥中,利用乙酸的甲烷菌和产氢产乙酸菌受到LCFA的抑制较严重,利用甲酸和利用氢气的甲烷菌受到的抑制程度较小。关键词:毒性;长链脂肪酸;厌氧颗粒污泥;产甲烷活性中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000-3770(2002)02-0093-05脂类及长链脂肪酸(Long-chainfatty,LCFA)在肉类和食用油加工工业以及洗羊毛废水中含量很高,如果不经处理,这些废水将对环境造成严重污染。至今,应用现代高效厌氧反应器处理油脂废水的报道很少。主要原因是LCFA对产甲烷菌的抑制,破坏了厌氧代谢过程的平衡,挥发性脂肪酸等中间产物得以积累,反应器中pH值严重下降,导致厌氧消化过程失败。在反应器中,能否形成和维持高产甲烷活性和良好沉降性能的颗粒污泥是现代厌氧反应器高效运行的关键。上流式厌氧污泥床(Upflowanaerobicsludgebed,简称UASB)和膨胀颗粒污泥床(Ex-pandedgranularsludgebed,简称EGSB)厌氧反应器分别是第二、第三代高效厌氧反应器中的典型代表,两种反应器都具有颗粒污泥产甲烷活性高和停留时间长的特点。有研究发现[1],颗粒污泥由于比表面积比悬浮和絮状污泥小,因而受LCFA的抑制相对较轻。可以预计,UASB和EGSB反应器可能是处理含脂类和LCFA废水的适宜厌氧装置。因此本文以这两种厌氧反应器尤其是EGSB反应器处理含油脂等脂类废水提供一定的理论基础。1材料和方法1.1厌氧颗粒污泥来源以无锡太湖水啤酒公司处理啤酒废水UASB反应器中颗粒污泥为接种污泥,采用葡萄糖合成废水分别在2LUASB和2LEGSB反应器中长期培养,获得两种厌氧颗粒污泥。具体培养条件和颗粒污泥的物理性质见文献[2]。1.2长链脂肪酸对污泥产甲烷毒性测定在125mL的血清瓶中加入50mL配水,配方为(g/L):(NH4)2CO30.04,CaCl20.004,KH2PO40.04,NaHCO30.7,NH4Cl0.04,MgSO40.008,酵母膏0.08和微量元素1mL/L。通过加入浓缩的LCFA钠盐贮备液配制成不同浓度LCFA的溶液。挥发性脂肪酸(VFA)(2mol/L乙酸、丙酸、丁酸钠)加入量各为0.3mL,pH调节至7.0,加入20mL厌氧颗粒污泥,在35℃水浴条件下测定比产甲烷活性,以不含有LCFA的VFA培养液为对照。发酵终点分析VFA和污泥的VSS。第28卷第2期2002年4月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.28No.2Apr.,2002DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2002.02.0091.3短期驯化前后污泥的产甲烷活性的变化在125mL的血清瓶中加入50mL配水(配方同1.2),10mL受LCFA抑制,经过短期驯化(7d)的UASB反应器中颗粒污泥,采用1.2的方法测定颗粒污泥比产甲烷活性。1.4被抑制的污泥在不同基质中产甲烷活性测定在500mL血清瓶中,分别进行一定浓度不同LCFA条件下的产甲烷毒性实验,培养7d后除去发酵液,把受抑制的污泥转入125mL的血清瓶测定不同基质(甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸)中的比产甲烷活性。1.5分析测定方法VSS测定用重量法,VFA用气相色谱法测定,FFAP毛细管柱,厌氧颗粒污泥比产甲烷活性用史氏发酵管法测定。2结果与讨论表1不同LCFA对UASB和EGSB反应器厌氧颗粒污泥IC50值以及文献数据比较LCFAIC50(mmol/L)UASB反应器颗粒污泥EGSB反应器颗粒污泥文献数据C7∶03.97.1C9∶05.810.5C8∶05.69.310aC10∶01.97.25.9aC12∶04.66.74.3aC14∶08.811.84.8aC18∶13.856.54.35a,0.26-3.34ba数据来源于文献[3];b数据来源于文献[4]2.1长链脂肪酸对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的抑制图1LCFA抑制条件下厌氧颗粒污泥产