張彥等

摘要：在IC反應(yīng)器上進(jìn)行了蚯蚓糞作為添加劑對(duì)厭氧污泥顆?；绊懙脑囼?yàn)。觀(guān)察分析了污泥外觀(guān)、微生物相，測(cè)試分析了污泥VSS/TSS與SVI變化、污泥粒徑分布、污泥沉降速度。結(jié)果表明，蚯蚓糞為形成污泥顆粒提供附著體，促進(jìn)具有良好沉降性能的厭氧顆粒污泥的形成。

關(guān)鍵詞：蚯蚓糞；添加劑；IC反應(yīng)器；厭氧污泥；顆?；?/p>

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）13-3022-03

Effects of Vermicompost on Granulation of Anaerobic Sludge

ZHANG Yan1a，F(xiàn)AN Zhen-shan1b，YANG Shi-guan2，ZHANG Bai-liang3，YANG Bo4

（1a. Department of Mechanical Engineering； 1b. Department of Automotive Engineering， Zhengzhou Technical College， Zhengzhou 450121， China； 2. National Engineering Laboratory of Biomass Power Generation Equipment， North China Electric Power University， Beijing 102206，China； 3. Key Laboratory of Renewable Energy of Ministry of Agriculture， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， China；

4.Wanfang College of Science & Technology， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， Henan， China）

Abstract： Effects of vermicompost on granulation of anaerobic sludge in IC reactor was studied. The appearance and microbiofacies of anaerobic granular sludge were observed and analyzed. The VSS/TSS and SVI change， size distribution， Sedimentation velocity of anaerobic granular sludge were tested and analyzed. The results showed that vermicompost granule provided the attachment and promoted the formation of anaerobic granular sludge with good settling performance.

Key words： vermicompost； additive； IC reactor； anaerobic sludge； granulation

廢水厭氧生物處理技術(shù)的關(guān)鍵是厭氧顆粒污泥（AGS）的形成富集[1，2]。厭氧微生物生長(zhǎng)條件苛刻、繁殖緩慢，反應(yīng)器中AGS培養(yǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，選取合理反應(yīng)器啟動(dòng)工藝，縮短AGS形成過(guò)程非常關(guān)鍵。決定顆粒污泥形成的外界條件很多，在其他條件相同時(shí)，可向進(jìn)水中投加促進(jìn)劑、維生素、營(yíng)養(yǎng)物等來(lái)保證反應(yīng)器內(nèi)最佳生長(zhǎng)條件，人為促進(jìn)可以加快顆粒化進(jìn)程。

蚯蚓糞是一種黑色、均一、高持水量，排水性、通氣性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收與保持能力良好，在水中不易松散的細(xì)碎類(lèi)物質(zhì)[3，4]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈多孔狀，有利于厭氧細(xì)菌、有益微生物生存[5]。本試驗(yàn)就蚯蚓糞對(duì)AGS的影響進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

接種污泥：IC反應(yīng)器內(nèi)原有試驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的厭氧污泥。蚯蚓糞：赤子愛(ài)勝蚯蚓處理牛糞后所產(chǎn)糞便。試驗(yàn)廢水：采用葡萄糖配制的人工廢水。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用的IC反應(yīng)器試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示，包括IC反應(yīng)器及氣體流量計(jì)、輔助熱源、儲(chǔ)氣裝置、水泵等輔助設(shè)備[6]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

COD：采用重鉻酸鉀滴定法，用JH-12 COD恒溫加熱器定期測(cè)定[7]；產(chǎn)氣量用濕式氣體流量計(jì)測(cè)定；污泥微生物特征用IBE2000型倒置熒光生物顯微鏡測(cè)定；揮發(fā)性懸浮固體（VSS）、總懸浮固體（TSS）、污泥體積指數(shù)（SVI）采用標(biāo)準(zhǔn)方法[8]測(cè)定；顆粒污泥粒徑分布采用濕式篩分析法[9，10]測(cè)定；顆粒污泥沉降速度用1 000 mL量筒注滿(mǎn)清水，測(cè)高度H，用秒表測(cè)量單個(gè)AGS從筒口沉降到量底的時(shí)間t，計(jì)算該顆粒沉降速度v=H/t。以10～20個(gè)某粒徑范圍任取的顆粒污泥沉降速度平均值作為該粒徑的沉降速度。

1.4 方案設(shè)計(jì)

使反應(yīng)器污泥床反應(yīng)區(qū)溫度保持（35±1）℃，試驗(yàn)在中溫條件下進(jìn)行。在進(jìn)水流量25～30 L/d，COD濃度1 500～2 000 mg/L工況下馴化反應(yīng)器內(nèi)存留的污泥，污泥活性1個(gè)月后恢復(fù)，反應(yīng)器可正常運(yùn)行，有機(jī)負(fù)荷（以COD計(jì)）達(dá)0.857 kg/（m3·d），出水COD在700 mg/L以下。污泥馴化后，加入2.5 kg蚯蚓糞，添加量為廢水質(zhì)量的3.5%。在反應(yīng)器中讓蚯蚓糞先靜置36 h，以便蚯蚓糞中有益菌適應(yīng)IC反應(yīng)器運(yùn)行條件，再開(kāi)始啟動(dòng)，調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷，考察AGS變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 IC反應(yīng)器COD濃度與進(jìn)水流量隨時(shí)間的變化

IC反應(yīng)器COD濃度與進(jìn)水流量在試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀(guān)觀(guān)察結(jié)果

第12天反應(yīng)器污泥床區(qū)污泥為細(xì)小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規(guī)則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見(jiàn)圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開(kāi)，有利厭氧菌吸附生長(zhǎng)；細(xì)小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開(kāi)，只剩下細(xì)微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開(kāi)始變大，較為密實(shí)，機(jī)械強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束時(shí)污泥床區(qū)污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規(guī)則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發(fā)現(xiàn)部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應(yīng)器內(nèi)蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應(yīng)器內(nèi)厭氧發(fā)酵微生物提供微量元素、營(yíng)養(yǎng)成分并改變了微生物生存環(huán)境，同時(shí)厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)供自身生長(zhǎng)，表明能良好保持自身形態(tài)的蚯蚓糞骨架可作為對(duì)微生物固定化、顆?；鸷艽笞饔玫牧己幂d體。

2.3 微生物相觀(guān)察結(jié)果

在反應(yīng)器啟動(dòng)初期與結(jié)束時(shí)分別取污泥床區(qū)混合液進(jìn)行40×160倍的顯微鏡觀(guān)察，觀(guān)察結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區(qū)微生物隨時(shí)間發(fā)生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應(yīng)器運(yùn)行逐漸生長(zhǎng)，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)絲菌、桿菌與球菌共同生長(zhǎng)，絲狀菌占優(yōu)勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)形式把桿菌、球菌、無(wú)機(jī)質(zhì)聚合，促進(jìn)AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長(zhǎng)且蚯蚓糞中存在有機(jī)質(zhì)，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經(jīng)歷穩(wěn)定、升高期。蚯蚓糞在啟動(dòng)初期的厭氧發(fā)酵中被分解，提供了部分微量元素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于厭氧菌生長(zhǎng)，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)減少量小于厭氧菌生長(zhǎng)量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應(yīng)器停運(yùn)后其內(nèi)污泥，粒徑分布測(cè)定結(jié)果（圖7）表明，多數(shù)顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度?。皇茯球炯S中無(wú)機(jī)質(zhì)細(xì)粒、大顆粒骨架影響，污泥中無(wú)機(jī)質(zhì)含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結(jié)構(gòu)松散、易破碎、內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結(jié)論

蚯蚓糞在IC反應(yīng)器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態(tài)的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆?；牧己幂d體，促進(jìn)具有良好沉降性能的AGS的形成。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀延齡.廢水的厭氧處理[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[2] 張 彥.蚯蚓糞促進(jìn)厭氧發(fā)酵效果的試驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[3] 王彥青，廉振民.蚯蚓與重金屬污染治理及蚯蚓糞應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，張 彥，楊世關(guān)，等.蚓糞對(duì)厭氧發(fā)酵主要性能參數(shù)的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陳寶書(shū)，陳本建，張惠霞，等.蚯蚓糞營(yíng)養(yǎng)成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 楊世關(guān). 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2002.

[7] 中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所. 沼氣發(fā)酵常規(guī)分析[M]. 北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

[8] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[9] 楊世關(guān)，趙青玲，張 杰，等.兩種厭氧反應(yīng)器培養(yǎng)顆粒污泥的對(duì)比試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（1）：183-187.

[10] 張 杰. IC反應(yīng)器處理豬糞廢水條件下厭氧污泥顆?；芯縖D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2004.

IC反應(yīng)器COD濃度與進(jìn)水流量在試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀(guān)觀(guān)察結(jié)果

第12天反應(yīng)器污泥床區(qū)污泥為細(xì)小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規(guī)則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見(jiàn)圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開(kāi)，有利厭氧菌吸附生長(zhǎng)；細(xì)小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開(kāi)，只剩下細(xì)微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開(kāi)始變大，較為密實(shí)，機(jī)械強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束時(shí)污泥床區(qū)污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規(guī)則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發(fā)現(xiàn)部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應(yīng)器內(nèi)蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應(yīng)器內(nèi)厭氧發(fā)酵微生物提供微量元素、營(yíng)養(yǎng)成分并改變了微生物生存環(huán)境，同時(shí)厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)供自身生長(zhǎng)，表明能良好保持自身形態(tài)的蚯蚓糞骨架可作為對(duì)微生物固定化、顆?；鸷艽笞饔玫牧己幂d體。

2.3 微生物相觀(guān)察結(jié)果

在反應(yīng)器啟動(dòng)初期與結(jié)束時(shí)分別取污泥床區(qū)混合液進(jìn)行40×160倍的顯微鏡觀(guān)察，觀(guān)察結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區(qū)微生物隨時(shí)間發(fā)生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應(yīng)器運(yùn)行逐漸生長(zhǎng)，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)絲菌、桿菌與球菌共同生長(zhǎng)，絲狀菌占優(yōu)勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)形式把桿菌、球菌、無(wú)機(jī)質(zhì)聚合，促進(jìn)AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長(zhǎng)且蚯蚓糞中存在有機(jī)質(zhì)，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經(jīng)歷穩(wěn)定、升高期。蚯蚓糞在啟動(dòng)初期的厭氧發(fā)酵中被分解，提供了部分微量元素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于厭氧菌生長(zhǎng)，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)減少量小于厭氧菌生長(zhǎng)量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應(yīng)器停運(yùn)后其內(nèi)污泥，粒徑分布測(cè)定結(jié)果（圖7）表明，多數(shù)顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度?。皇茯球炯S中無(wú)機(jī)質(zhì)細(xì)粒、大顆粒骨架影響，污泥中無(wú)機(jī)質(zhì)含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結(jié)構(gòu)松散、易破碎、內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結(jié)論

蚯蚓糞在IC反應(yīng)器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態(tài)的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆?；牧己幂d體，促進(jìn)具有良好沉降性能的AGS的形成。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀延齡.廢水的厭氧處理[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

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[3] 王彥青，廉振民.蚯蚓與重金屬污染治理及蚯蚓糞應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，張 彥，楊世關(guān)，等.蚓糞對(duì)厭氧發(fā)酵主要性能參數(shù)的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陳寶書(shū)，陳本建，張惠霞，等.蚯蚓糞營(yíng)養(yǎng)成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 楊世關(guān). 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2002.

[7] 中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所. 沼氣發(fā)酵常規(guī)分析[M]. 北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

[8] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[9] 楊世關(guān)，趙青玲，張 杰，等.兩種厭氧反應(yīng)器培養(yǎng)顆粒污泥的對(duì)比試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（1）：183-187.

[10] 張 杰. IC反應(yīng)器處理豬糞廢水條件下厭氧污泥顆?；芯縖D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2004.

IC反應(yīng)器COD濃度與進(jìn)水流量在試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)間變化情況如圖2所示。

2.2 污泥外觀(guān)觀(guān)察結(jié)果

第12天反應(yīng)器污泥床區(qū)污泥為細(xì)小黑色顆粒和表面較粗糙、形狀不規(guī)則、與蚯蚓糞表面情況相似、以蚯蚓糞為載體形成的較大黑褐色顆粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物見(jiàn)圖3。較大黑褐色顆粒表面粗糙，顏色變淺，不易散開(kāi)，有利厭氧菌吸附生長(zhǎng)；細(xì)小黑色顆粒初步形成、較為松散、淘洗后散開(kāi)，只剩下細(xì)微土沙小粒核。第24天污泥顆粒開(kāi)始變大，較為密實(shí)，機(jī)械強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束時(shí)污泥床區(qū)污泥淘洗后為大小較均勻、表面光滑、邊界清晰、圓形或扁圓形為主、有一些不規(guī)則形的黑色顆粒（圖4）。研磨發(fā)現(xiàn)部分AGS中心存在蚯蚓糞顆粒殘留物。

在反應(yīng)器內(nèi)蚯蚓糞與厭氧微生物、廢水相互作用，蚯蚓糞為反應(yīng)器內(nèi)厭氧發(fā)酵微生物提供微量元素、營(yíng)養(yǎng)成分并改變了微生物生存環(huán)境，同時(shí)厭氧微生物附著于蚯蚓糞粗糙表面降解蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)供自身生長(zhǎng)，表明能良好保持自身形態(tài)的蚯蚓糞骨架可作為對(duì)微生物固定化、顆?；鸷艽笞饔玫牧己幂d體。

2.3 微生物相觀(guān)察結(jié)果

在反應(yīng)器啟動(dòng)初期與結(jié)束時(shí)分別取污泥床區(qū)混合液進(jìn)行40×160倍的顯微鏡觀(guān)察，觀(guān)察結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。由圖5、圖6可知，污泥床區(qū)微生物隨時(shí)間發(fā)生變化，初期以桿狀菌與球菌為主，絲狀菌隨著反應(yīng)器運(yùn)行逐漸生長(zhǎng)，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)絲菌、桿菌與球菌共同生長(zhǎng)，絲狀菌占優(yōu)勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)形式把桿菌、球菌、無(wú)機(jī)質(zhì)聚合，促進(jìn)AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS與SVI變化

污泥VSS/TSS、SVI測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，加入蚯蚓糞前后污泥VSS/TSS、SVI變化較大。由于厭氧菌生長(zhǎng)且蚯蚓糞中存在有機(jī)質(zhì)，取樣口1加入蚯蚓糞后VSS/TSS突然增大，然后經(jīng)歷穩(wěn)定、升高期。蚯蚓糞在啟動(dòng)初期的厭氧發(fā)酵中被分解，提供了部分微量元素、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于厭氧菌生長(zhǎng)，隨著可降解蚯蚓糞成分的減少，使得蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)減少量小于厭氧菌生長(zhǎng)量，VSS/TSS逐漸增大。

2.5 污泥粒徑分布

取IC反應(yīng)器停運(yùn)后其內(nèi)污泥，粒徑分布測(cè)定結(jié)果（圖7）表明，多數(shù)顆粒粒徑為1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒徑≥1 mm的污泥沉降速度為39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒徑1～2 mm污泥沉降速度?。皇茯球炯S中無(wú)機(jī)質(zhì)細(xì)粒、大顆粒骨架影響，污泥中無(wú)機(jī)質(zhì)含量增加，2～5 mm粒徑沉降速度較大。粒徑≥5 mm污泥結(jié)構(gòu)松散、易破碎、內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足、污泥體積較大，沉降速度有所下降（圖8）。

3 結(jié)論

蚯蚓糞在IC反應(yīng)器中作為添加劑為形成顆粒污泥提供附著體，能良好保持自身形態(tài)的殘余蚯蚓糞骨架可作為微生物固定化、顆?；牧己幂d體，促進(jìn)具有良好沉降性能的AGS的形成。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 范振山，張 彥，楊世關(guān)，等.蚓糞對(duì)厭氧發(fā)酵主要性能參數(shù)的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陳寶書(shū)，陳本建，張惠霞，等.蚯蚓糞營(yíng)養(yǎng)成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 楊世關(guān). 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2002.

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