厌氧污泥颗粒化对乙酸盐代谢的影响_刘双江

1990年5月中国C五ina沼Bi气ogas第a卷第2期9厌氧污泥颗粒化对乙酸盐代谢的影响刘,又江胡纪革顾夏声(清华大学环境工程系)周孟津(北京师范学院生物系)摘要本文才良道了仄乳污泥颗杜化对乙酸盐裂解产甲烷的影响。研究指出,当乙酸盐浓度在2400一3e0mgl/时,颗拉污泥的乙酸盐分解反应为零级反应,其最佳负待为4一7gNaAc/g·vs.sd,乙酸盐的抑制浓度为400omgl/。厌氧污泥颗拉化提高了污泥的剑一乙酸能力,拓宽T呈零级反应的乙酸盐浓度范国。同分解乙酸盐的产甲烷纯培养物相比,颗拉污泥的Ks升高。前言容粒七十年代发展的第二代厌氧消化工艺中,上流式厌氧污泥床(UASB)应用最为广泛。目前,建在荷兰的容积为550om“处理土豆加工废水的UASB是最大的生产性厌氧反应器,其运行有机负荷高达20kgCOD加“·d,效果良好〔,〕。国内,在清华大学的帮助下,北京啤酒厂建起了一座6.7m“的常温中试UASB反应器,处理浓度为2000一300。二gCODl/白勺啤酒废水,运行负荷为9一14kgCOD加“·d,水力滞留时间为5一6扮,COD去除率达85一90肠〔2〕。UASB高效运行的一个十分重要的条件是在反应器中形成颗粒污泥,因此,污泥颗粒化引起了研究者的普遍兴趣〔3一们。近两年来,对污泥顺粒化的条件、颗粒污泥的化学及微生物断1份过行了较多的研究,取得了显著的子.绩。但是有关污泥顺粒化对物质厌氧代谢反应的影响研究较少,朱学庆等人研究了pH对颗粒污泥代谢的影响,但并没有指出pH效应与题粒化的关系〔”〕。本试验旨在研究顺粒化对物质代谢的影响,刃、识颗粒化赋与厌氧污泥新的代谢特征。因为乙酸盐在厌氧代谢过程中的重要性(约有70帕的甲烷来自乙酸的分解,且乙酸是厌氧代谢过程中各物质的汇点),所以作者选用了乙酸盐做为试验研究的底物。材料与方法1.顺粒污泥试验用颗粒污泥取自北京啤酒厂6.7m”常温中试UASB反应器,该装置1987年安装运行。颗粒污泥的一些性状见表l。表1颖粒污泥的性状重(gc/m.)径(mln)(ml血)1.03一1。050.2一2.0.表中数据引自文献〔2〕颗粒污泥取回后放置在4℃冰箱中保存。试验前2小时放到35℃恒温室进行饥饿培养,一方面为了恢复细胞活力,另一方面是消耗内源性乙酸,以减少它对试验的影响。2.试验装置及方法试验在50ml三角瓶内进行(见图l)。三充瓶置于35℃恒温水浴中,史氏发酵管明以测量产生的甲烷量.发酵管中装有4NaOH饱和NaCI水溶01一990年5月中国沼气第8卷第2期..,.液。-.一,卜~`.`户`一--`一~司~一~--司`-~~`~~~曰`~.~SC弓.160240032004姗从乍浓官{优洲l乙酸盐浓度对颗粒污泥产甲烷的影响一之.5的尧如、,HO一已ù解侧弱匪忆廿暇之取待用顺粒污泥,加入等量的自来水轻轻摇匀,静置半小时后弃去上层悬浮液。此悬浮液中含有细小的絮状污泥。重复三次,留下层污泥备用。依次向50ml三角瓶中加入l肠NaAe(或10肠NaCI)、磷酸盐缓冲液(每升缓冲液中加入11gNa:HpO4、6.89NaH:PO`和lom14o肠NaOH溶液,pH7.o)使乙酸盐浓度符合试验要求。最后,每个三角瓶中接种Zoml备用污泥(0.7一1.ogvss)。本试验前后所测发酵液pH变化不大于。.2。图2.匕flelL姗的留`、出。-通姆理润卜旧礼舰收昌’图!试验装置示意图1.恒沮水浴2.5。皿1三角瓶3.史氏发酵管3.分析方法甲烷定性测定采用SP一2304A型气相色谱仪,担体为GDX一104,氢气为载气。pH测定采用PSH一2型酸度计。VSS测定采用过滤恒重法。乙酸裂解产甲烷速率计算见文献〔6〕。结果600800010加ONaAc浓度(m盯})图3高浓度乙酸盐对颗粒污泥的抑制作用2.颗粒污泥能承受的最大乙酸盐负荷。颗粒污泥产甲烷受乙酸盐负荷的影响见图4。可以认为,乙酸盐负荷高低体现了污泥代谢乙酸的能力。从图4可见,在一定范围内负荷越高,产甲烷速率越大,表明污泥的代谢能力越强。试验的颗粒污泥能够在相当宽的乙酸盐负荷范围内保持其最大比产甲烷速率,最大乙酸盐负荷为7gNaAc/g·vss·d,超过此值,颗粒污泥的产甲烷活性降低,代谢受到抑制。;叶一í七一犷一~川产一一言一一一言一一汉a人c浓度(m盯一)一ó二·留昆\-二口luùà用形睁务儿廿祖袭1.不同乙酸盐浓度对颗粒污泥的产甲烷速率的影响。试验研究了乙酸盐浓度在200一l0000mgl/范围内颗粒污泥的比产甲烷速率,结果见图2和图3。从图2可知,当乙酸盐浓度低于1800二gl/时,顺粒污泥的比产甲烷率与乙酸盐浓度呈一级反应,可以用方程式林“k〔Ac一〕表示(k为反应常数);乙酸浓度在200。一360Omgl/时,乙酸盐代谢呈零级反应,反应速度与乙酸