污泥驯化对苎麻废弃物厌氧消化产沼气的影响

收稿日期:２０１８￣０８￣０３修回日期:２０１８￣０８￣２８作者简介:蒋勇(１９６７－)ꎬ男ꎬ研究员ꎬ研究方向为厌氧消化制沼气ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ＳＩＮＯＢＥ￣Ｊｉａｎｇｙｏｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ.ｃｏｍ污泥驯化对苎麻废弃物厌氧消化产沼气的影响蒋勇ꎬ郭清吉ꎬ蒋小钰ꎬ褚衍生(四川发展中恒能环境科技有限公司ꎬ成都６１００９４)摘要:在中温(３５℃)条件下对苎麻废弃物进行厌氧消化试验ꎬ比较污泥驯化与否对厌氧消化体系的产气量和甲烷含量的影响ꎮ结果表明ꎬ未经污泥驯化ꎬ苎麻废弃物展现出厌氧消化可行性ꎬ经过污泥驯化后ꎬ厌氧消化产气速率提升ꎬ产气缓滞期得到明显缩减或消除ꎬ原料产甲烷潜力达到４４ｍＬ１.２实验装置实验装置由２０００ｍＬ消化瓶(有效体积１５００ｍＬ)和１０００ｍＬ的排水集气装置组成(见图１)ꎮ反应瓶放入水浴中ꎬ并保证水浴液面高于反应瓶内液面ꎮ水浴用加热棒控温在３５℃±１℃ꎮ水发酵罐排水集气瓶接水三角瓶图１厌氧消化反应装置图１.３试验方法驯化实验按照污泥∶苎麻废弃物ＴＳ＝４∶１进料ꎬ发酵罐ＴＳ＝７.５％~８％ꎬ分实验组和对照组ꎬ每组３个平行ꎮ发酵过程持续１２ｄꎬ每１２小时摇动１次反应瓶ꎬ保证有机质被充分利用ꎮ表３驯化实验各实验组组成(ｇ)分组苎麻废弃物接种污泥水实验组１０５６５０７４５对照组０６５００驯化后实验按照接种物∶苎麻废弃物ＴＳ＝２∶１进料ꎬ发酵罐ＴＳ＝７.５％~８％ꎬ接种物采用驯化实验后的厌氧消化液ꎬＴＳ约７.５％ꎮ分实验组和对照组ꎬ每组３个平行ꎮ发酵过程持续２９ｄꎬ每１２ｈ摇动１次反应瓶ꎬ保证有机质被充分利用ꎮ表４正式实验各实验组组成(ｇ)分组苎麻废弃物接种物水实验组１７５１０６５２６０对照组０１０６５０１.４参数测定及方法ｐＨ值、总固体(ＴＳ)、可挥发性固体(ＶＳ)、污泥体积指数(ＳＶＩ)等常规参数使用标准方法进行测定[１１]ꎮＣＨ４和ＣＯ２百分比利用气相色谱法进行测定ꎬ色谱柱使用ＰＥＧ￣２０Ｍ毛线管柱ꎬ以氮气为载气ꎬ流速３０ｍＬ５所示ꎬ３组平行实验均出现２个产气高峰ꎬ第１个高峰出现在发酵第２天ꎬ日产气量约５００ｍＬ左右ꎬ第２个高峰出现在发酵１周左右ꎬ日产气量大于１３００ｍＬꎮＣＯ２百分比(见图５)的高峰与第１个产气高峰时间一致ꎬ说明发酵第２天底物出现强烈的水解并产生大量ＣＯ２ꎬ随后ＣＯ２百分比下降ꎬＣＨ４百分比(见图４)升高ꎬ从第２天的２５％左右ꎬ到第１０天ＣＨ４百分比超过６０％ꎬ说明这段时间水解产物逐渐被产甲烷菌利用ꎬ并且在第７~８天达到日产气(见图２)最大值ꎮ随后日产气量逐渐下降ꎬ累计产气量(见图３)的增加也随之变得缓慢ꎮ在第１２天累计产气量达到７０００ｍＬ左右ꎮ在整个反应过程中１＃ꎬ２＃ꎬ３＃３组平行实验的ＣＯ２百分比变化相对一致ꎬ仅在发酵初期产生较多ＣＯ２ꎬ而ＣＨ４百分比也逐步稳定上升ꎬ同时ꎬ此过程中ｐＨ值都稳定在７.１~７.５ꎬ这说明苎麻废弃物作为原料进行厌氧消化的过程并不易发生酸化ꎮ第９天之后ＣＨ４百分比稳定于６０％ꎬ且产气正常ꎬ表明污泥驯化成功ꎬ并初步显示苎麻废弃物的厌氧消化日产气量/�mL1�3�5�7�911�13�15�17�19�21�23�25�27�29发酵天数/�d1#2#3#1400120010008006004002000图６污泥驯化后苎麻废弃物日产气量曲线累计产气量/�mL1�3�5�7�911�13�15�17�19�21�23�25�27�29发酵天数/�d1#2#3#1600014000120001000080006000400020000图７污泥驯化后苎麻废弃物累计产气量曲线CH4百分比/�%1�3�5�7�911�13�15�17�19�21�23�25�27�29发酵天数/�d1#2#3#706050403020100图８污泥驯化后苎麻废弃物ＣＨ４百分比曲线CO2百分比/�%1�3�5�7�911�13�15�17�19�21�23�25�27�29发酵天数/�d1#2#3#6050403020100图９污泥驯化后苎麻废弃物ＣＯ２百分比曲线可行性ꎬ为后续的厌氧消化实验提供了接种物ꎮ２.２污泥驯化后苎麻废弃物产气特性分析经过２.１的污泥驯化ꎬ采用其厌氧消化液作为接种物ꎬ苎麻废弃物厌氧消化过程中日产气量变化规律如图６所示ꎬ３组平行实验均出现两个产气高峰ꎬ第１个高峰在发酵第１天ꎬ日产气量约１０００ｍＬ左右ꎬ第２个高峰出现在发酵一周左右ꎬ日产气量大于１１００ｍＬꎮＣＯ２百分比(见图９)的高峰与第１个产气高峰时间一致ꎬ说明发酵第１天底物出现强烈的水解并产生大量ＣＯ２ꎬ随后ＣＯ２百分比下降ꎬＣＨ４百分比(见图８)升高ꎬ从第１天的１０％左右ꎬ到第５天达到５５％ꎬ说明这段时间水解产物逐渐被产甲烷菌利用ꎬ并且在第７~１２天达到日产气(见图６)最大值ꎮ随后日产气量逐渐下降ꎬ累计产气量(见图７)的增