污泥厌氧发酵产酸研究

1 引言

据统计,至“十二五”期末我国湿污泥量(含湿量 80%)将突破 4600 万 t,而污泥厌氧消化

技术以其低能耗、高产出的经济优势成为污泥资源化利用的主要技术之一.除厌氧消化产甲

烷以外,污泥产挥发性脂肪酸(VFA)也是实现污泥资源化的有效途径,近年来,越来越多的学

者开始关注污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸.目前,有关污泥厌氧发酵产酸的研究主要集中在

通过改进装置构型、产酸微生物生态、优化控制运行条件,如控温、pH 等条件因素来提高产

酸效率.已有研究表明,通过调节发酵污泥底物的 C/N 比可增加发酵产酸量并调控其产酸类

型,然而,目前研究人员对污泥厌氧发酵产酸过程中不同 C/N 比与关键酶酶活及有机酸产酸

量间的关系并不清楚.仅有为数不多的研究,如优化 C/N 比条件作为酒精发酵的实验模型研

究,而对于数学模型则没有报道.数学模型法作为现代科学研究的重要手段,它有助于描述和

理解生物处理系统的反应过程,可为工程设计提供理论上的指导;还有助于工艺的优化和控

制,从而更好地指导实际生产运行.

多元线性回归是一种理想的描述多个因素之间关系的数学方法,能较好地确定被解释变

量和解释变量之间的关系,在很多领域得到了应用(常盛等,2011).因此,本研究通过设置不

同 C/N 比条件来调控污泥厌氧发酵产酸,在 Matlab7.0 平台上建立多元线性回归函数模型,

拟合 C/N 比、关键酶酶活和产酸类型之间的关系,以期为今后污泥发酵产酸条件调控研究和

工程放大提供参考.

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 污泥与种泥

原始污泥取自无锡市太湖新城污水处理厂,发酵底物是经过热碱预处理的污泥上清液.

污泥采集后置于阴凉处,风干 10 d,采用机械粉碎仪粉碎,再过 30 目筛,密封置于-15 ℃冰柜

中保存.

接种污泥来源于无锡某柠檬酸厂上流式厌氧污泥反应器(UASB)中的厌氧颗粒污泥.在

100 ℃下煮沸 2 h 以杀死产甲烷菌(Logan et al., 2002),然后导入有效容积为 2 L 的 UASB

中进行驯化,活化种泥中的产酸菌(郭磊等,2008),驯化温度为 35 ℃.每日监测驯化种泥的

pH 值,待种泥驯化后出水 pH 值降低至 4.0 左右,稳定 3~5 d 后,认为种泥驯化成功.原始污泥

和污泥预处理液及接种种泥的性质见表 1.

表 1 原始污泥、污泥预处理液和接种污泥的性质