接种物特性对牛粪高温厌氧发酵的影响

2007年6月农机化研究第6期-86-(b)混合污泥培养的接种物(a)二沉池污泥培养的接种物接种物特性对牛粪高温厌氧发酵的影响张翔刘金盾郑州大学化工学院郑州450002摘要为了提高牛粪高温厌氧反应体系CODCr和BOD5去除率及产气速率对混合污泥(V二沉污泥:V消化污泥=1:1和单种污泥培养的接种物分别与14.7%的牛粪料液混合进行了厌氧发酵特性的研究探索了高温条件下接种物对牛粪厌氧发酵的影响结果表明在物料浓度一定的条件下混合污泥培养的接种物厌氧体系的产气量高于单种污泥培养接种物的厌氧体系该体系的CODCr和BOD5的去除率分别为70.6%和61.9%产气量达330.4mL/gCODCr而且厌氧发酵启动速度快pH值变化范围小产气过程平稳关键词农业工程高温厌氧发酵实验研究混合污泥去除率牛粪中图分类号S216.1文献标识码A文章编号1003188X(2007)060086040引言随着我国畜禽养殖业的迅速发展畜禽粪便对环境的污染日益严重加大对畜禽业环境污染的综合治理力度和降低畜禽业对环境造成的污染已成为亟待解决的问题采用高温厌氧发酵对畜禽粪便进行处理已为许多国家所运用它不仅降低粪便对自然环境的污染同时产生沼气作为一种再生能源研究表明厌氧发酵处理畜禽粪便的过程是由多种微生物相互作用来完成的[1]因而在畜禽粪便高温厌氧发酵的过程中加入一定量的微生物作为接种物是实现厌氧发酵反应快速启动提高化学需氧量CODCr五日生化需氧量BOD5去除率增加产气量的重要措施之一不同的接种物对畜禽粪便的高温厌氧发酵具有不同的影响笔者以生活污水处理厂的不同种类污泥作为培养接种物的原料其理化性质及微生物种群有较大差异为保证接种物中微生物的多样性实验分别对二沉池污泥与消化污泥按1:1比例进行混合培养的接种物以及单一的二沉池污泥厌氧消化污泥培养的接种物作为厌氧发酵实验的接种物进行了对比探索了污泥驯化前后菌种与菌群数量的变化研究了驯化后的接种物对厌氧发酵反应的启动速度CODCr和BOD5去除率产气量等发酵参数的影响1实验1.1实验材料与装置牛粪取自于郑州市某奶牛场经过预处理去除大块杂质进行厌氧发酵用于培养接种物的污泥取自于郑州市某生活污水处理厂的二沉池污泥和厌氧消化污泥试验采用上海保兴设备公司生产的BIOTECH-50型厌氧发酵装置发酵过程中pH值及温度等参数通过BIOTECH-2002控制器进行在线测定1.2分析项目及测试方法挥发性脂肪酸(VFA)采用化学滴定法[2]CODCr用WT-1型污水COD测定仪测定BOD5采用ET99724A型污水测定仪测定甲烷含量运用GC-122气相色谱仪分析污泥外观及菌种进行电镜扫描接种物主要生理群细菌数采用系列稀释试管培养液以MPN法计数[3]2实验结果与讨论2.1接种物分析二沉池污泥消化污泥以及二者按1:1比例混合驯化后接种物的电镜扫描如图1所示收稿日期2006-09-17基金项目河南省杰出人才创新基金项目0521001400作者简介张翔1970-男河南夏邑人讲师博士研究生E-mailzhangxiang68@zzu.edu.cn通讯作者刘金盾1963-河南滑县人博士生导师博士万方数据2007年6月农机化研究第6期-87-(c)厌氧消化污泥培养的接种物7.57.06.56.05.55.00510152025303540发酵时间/天pH值二沉池污泥培养的接种物消化污泥培养的接种物混合污泥培养的接种物10080604020发酵时间/天二沉池污泥培养的接种物厌氧污泥培养的接种物混合污泥培养的接种物产气量/L天-1051015202530354045试验发现混合污泥驯化前后的状态变化较大驯化前污泥色泽发暗密度大几乎看不到孔隙驯化后污泥呈絮状泥质蓬松呈灰色且发现有许多空隙发酵过程中基质传递及所产生气体输出的通道[4,5]它对整个厌氧发酵过程有很大的影响其形成过程复杂而缓慢影响因素很多[6]其中最为重要的是严格的厌氧环境通过观察发现单纯的二沉池污泥及厌氧消化污泥驯化前后变化则不如混合污泥明显从电镜扫描图还可以看出接种物中微生物的形态数量及种类也不相同混合污泥培养的接种物中含有大量的甲烷短杆菌甲烷丝状菌和甲烷八叠球菌此外还含有少量的螺旋菌双球菌和长杆菌菌种类较多密集成团菌数量远高于另外两种污泥培养的接种物二沉池污泥培养的接种物以甲烷杆菌为主也含有少量甲烷丝状菌及螺旋菌而用厌氧消化污泥培养的接种物有板结现象发生也含有甲烷杆菌用混合污泥培养的接种物菌群中产酸菌与产甲烷菌数量大于另外两组这也是混合污泥培养接种物不同于另外两组的显著特征不同接种物主要生理菌群数量如表1所示表1不同接种物主要生理菌群数量Tab.1Thenumofdifferentinoculumsmainphysiologicalflora接种物厌氧产酸菌/个mL-1产甲烷菌/个mL-