活性污泥及其與秸稈共基質(zhì)的厭氧消化特性

王紫琪， 周海東， 張 喆， 王瑩瑩

上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院， 上海 200093

活性污泥及其與秸稈共基質(zhì)的厭氧消化特性

王紫琪， 周海東*， 張 喆， 王瑩瑩

上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院， 上海 200093

為分析秸稈對(duì)污泥厭氧消化特性的影響，在中溫〔(35±1)℃〕條件下，研究了活性污泥單基質(zhì)及其與秸稈共基質(zhì)在SRT(固體停留時(shí)間)分別為10和15 d，以及CN(質(zhì)量比)分別為5.5∶1、10.0∶1的情況下，厭氧消化產(chǎn)沼氣量及其組分、ρ(NH4+-N)、ρ(TP)、ρ(CODCr)及ρ(VFA)〔以ρ(乙酸)計(jì)，其中VFA為揮發(fā)性短鏈脂肪酸〕的變化特性.結(jié)果表明：活性污泥-秸稈共基質(zhì)厭氧消化在SRT為10、15 d時(shí)，累積沼氣產(chǎn)量為5 818.0、9 026.0 mL，比活性污泥單基質(zhì)的沼氣產(chǎn)量(4 930.0、7 760.0 mL)分別提高了15.3%、14.0%；共基質(zhì)所產(chǎn)沼氣中φ(CH4)最高為69.3%，比活性污泥單基質(zhì)高出15.4%.此外，在SRT為10和15 d時(shí)，活性污泥-秸稈共基質(zhì)厭氧消化CODCr去除率分別為25.0%和28.0%，優(yōu)于單基質(zhì)的10.2%和13.1%；共基質(zhì)平均ρ(NH4+-N)分別為278.5和254.9 mgL，單基質(zhì)平均ρ(NH4+-N)分別為215.6和213.5 mgL；活性污泥-秸稈共基質(zhì)平均ρ(TP)分別為168.6和175.9 mgL，高于活性污泥單基質(zhì)的129.2和152.2 mgL.共基質(zhì)有利于厭氧消化液中有機(jī)物的提高，從而增加ρ(VFA)、提高甲烷產(chǎn)量.研究顯示，共基質(zhì)可優(yōu)化厭氧消化底物的CN，促進(jìn)厭氧消化反應(yīng)，提高產(chǎn)氣量.

污泥； 秸稈； 共消化； 固體停留時(shí)間； 甲烷

城市活性污泥是城鎮(zhèn)污水處理過程中不可避免的副產(chǎn)物[1].活性污泥成分復(fù)雜，含有大量有機(jī)質(zhì)[2].剩余活性污泥處置一直以來都是棘手的問題[3].我國活性污泥的產(chǎn)量大、處置率低[4].活性污泥中含有污水中的大部分污染物質(zhì)[5- 7]，極易造成環(huán)境污染.據(jù)報(bào)道，我國每年有超過107t活性污泥產(chǎn)生，其中80%處置不當(dāng)[8].剩余活性污泥可通過穩(wěn)定化實(shí)現(xiàn)資源化再利用.厭氧消化是活性污泥穩(wěn)定化和產(chǎn)甲烷的一種有效穩(wěn)定技術(shù)[9].可以有效減少活性污泥體積，提高活性污泥脫水效果[10]，并且穩(wěn)定性好、能耗低、有沼氣產(chǎn)生，因此被廣泛應(yīng)用[11].

我國是農(nóng)業(yè)大國，平均每年產(chǎn)生的秸稈量約為7×108t[12]，其中，大部分秸稈都被直接燃燒掉，浪費(fèi)了大量資源.秸稈的厭氧發(fā)酵技術(shù)能夠利用其中豐富的有機(jī)質(zhì)，解決我國面臨的日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境問題，為秸稈的資源化利用提供了有效途徑.通?；钚晕勰嗟腃N(質(zhì)量比)約為4.3∶1，而農(nóng)作物秸稈的CN一般為50.0∶1，單獨(dú)的活性污泥或秸稈均不能滿足微生物厭氧消化的要求.活性污泥中復(fù)雜的有機(jī)成分，在進(jìn)行單基質(zhì)厭氧消化時(shí)易發(fā)生氨抑制等現(xiàn)象[13].將單一底物厭氧消化轉(zhuǎn)為兩種底物聯(lián)合厭氧消化，調(diào)節(jié)底物中的有機(jī)成分，可提高反應(yīng)效率[14- 15].

該研究以活性污泥及小麥秸稈為主要厭氧消化原料，研究活性污泥單基質(zhì)與活性污泥-秸稈共基質(zhì)在不同SRT(固體停留時(shí)間)下的中溫厭氧消化效果，探討共基質(zhì)厭氧消化對(duì)活性污泥性質(zhì)的改變及產(chǎn)氣效果的影響，以期為活性污泥、秸稈的資源化利用以及清潔能源的生產(chǎn)和城市環(huán)境的保護(hù)提供參考.

1 材料與方法

1.1 活性污泥和秸稈來源

試驗(yàn)所用活性污泥取自上海東區(qū)水質(zhì)凈化廠的曝氣池.活性污泥靜置沉淀12 h后，排出上清液.置于4 ℃冰箱保存，存儲(chǔ)時(shí)間不超過2周.接種活性污泥的CN為5.5∶1，pH為6.94，ρ(CODCr)為10 750 mgL，ρ(VFA) 〔以ρ(乙酸)計(jì)，其中VFA為揮發(fā)性短鏈脂肪酸〕為98 mgL，ρ(NH4+-N)為109.67 mgL，ρ(TP)為202.41 mgL，ρ(MLSS)為7.22 gL.

秸稈購自河南省鄭州市郊區(qū)農(nóng)田.由于秸稈中含有大量難降解的纖維素、木質(zhì)素等，因此從經(jīng)濟(jì)性及操作可行性等方面考慮，該研究采用物理方法預(yù)處理秸稈.秸稈經(jīng)清洗曬干后，用破碎機(jī)打碎成粒徑小于10 mm的顆粒，以減小秸稈粒徑能破壞其中的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加孔隙度及比表面積[16]，縮短有機(jī)物的發(fā)酵時(shí)間，提高產(chǎn)氣量，加快厭氧消化反應(yīng)速率[17].

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置為2個(gè)并聯(lián)的不銹鋼材質(zhì)密封反應(yīng)罐(見圖1).這2個(gè)消化罐均由一臺(tái)總自動(dòng)控制器系統(tǒng)控制.2個(gè)反應(yīng)器分別為活性污泥厭氧消化裝置和活性污泥-秸稈混合物厭氧消化裝置.反應(yīng)罐的有效體積為20 L.反應(yīng)罐外部設(shè)有水浴箱，根據(jù)設(shè)置條件自動(dòng)控制溫度，維持反應(yīng)器恒溫.罐中設(shè)有自動(dòng)機(jī)械攪拌器，使發(fā)酵液充分混合，防止罐內(nèi)分層，出現(xiàn)底部酸化現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)速為40 rmin.消化罐外部均有2個(gè)取樣口和1個(gè)進(jìn)樣口，底部設(shè)有排泥口.罐中下部設(shè)有pH探測(cè)計(jì)，可根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)補(bǔ)充酸堿，維持厭氧消化過程中pH的最佳值.罐上方設(shè)有照明燈，方便觀察罐中底物反應(yīng)情況.氣體排出口接入水封，防止空氣回流入罐中.

1.3 試驗(yàn)方法

待2個(gè)反應(yīng)器達(dá)到設(shè)定溫度〔(35±1)℃〕且穩(wěn)定后，在2個(gè)消化罐中分別加入15 L濃縮活性污泥及活性污泥-秸稈混合物(CN=10.0∶1)，罐中充入N2，排出空氣.中溫靜態(tài)發(fā)酵50 d，其間不排泥、不進(jìn)泥.每72 h取樣1次，測(cè)定出水污泥混合相中的ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(TP).通過離心過濾測(cè)定水相中的ρ(VFA).待各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定后，啟動(dòng)階段完成.開始每d分別進(jìn)、排出1.5 L剩余活性污泥.并每間隔3 d加入10 g葡萄糖，為厭氧菌提供適量碳源，促進(jìn)厭氧細(xì)菌的穩(wěn)定，以幫助其更好地適應(yīng)厭氧環(huán)境.經(jīng)過15 d的穩(wěn)定期后，連續(xù)10 d測(cè)定ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(TP)、ρ(VFA)、沼氣產(chǎn)量等，若其各項(xiàng)指標(biāo)變化不大，則厭氧消化活性污泥培養(yǎng)馴化完成.

試驗(yàn)設(shè)SRT為10和15 d.發(fā)酵物總體積為15 L，當(dāng)SRT為10 d時(shí)每d排出活性污泥1.5 L，用蠕動(dòng)泵泵入新鮮活性污泥1.5 L，調(diào)節(jié)2個(gè)SRT時(shí)間為20 d，穩(wěn)定1個(gè)SRT時(shí)間(10 d)；當(dāng)SRT為15 d時(shí)，每d排出活性污泥1.0 L，用蠕動(dòng)泵泵入新鮮活性污泥1.0 L，調(diào)節(jié)2個(gè)SRT時(shí)間(30 d)，穩(wěn)定1個(gè)SRT時(shí)間(15 d).

從試驗(yàn)可行性及微生物厭氧消化條件考慮，試驗(yàn)調(diào)節(jié)活性污泥及秸稈混合物CN(質(zhì)量比)為10.0∶1(即每10 mL活性污泥加入2 g秸稈)，雖未達(dá)到厭氧消化理想值，但已能基本滿足微生物厭氧消化要求.

圖1 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of experiment equipment

1.4 分析方法

將活性污泥分為混合相和水相，分別進(jìn)行測(cè)試.測(cè)試混合相時(shí)，將取樣活性污泥充分搖勻，稀釋120倍后測(cè)樣.水相測(cè)試時(shí)，將樣品在10 000 rmin下離心10 min后過0.45 μm的濾膜，濾后水樣稀釋120倍進(jìn)行測(cè)試.

ρ(CODCr)采用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法測(cè)定；ρ(NH4+-N)采用納氏試劑比色法測(cè)定；ρ(TP)采用鉬酸鹽比色分光光度計(jì)法測(cè)定；ρ(VFA)采用滴定法[18]測(cè)定，以ρ(乙酸)計(jì)；pH采用PHS- 3CpH計(jì)(上海精科雷磁化學(xué)儀器公司)測(cè)定；氣體成分由GASBOARD- 3200系列沼氣分析儀(武漢四方光電科技有限公司)測(cè)定；總氮采用TOCTN測(cè)定儀multi NC3100.試驗(yàn)所用濃硫酸、氨水、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、硫酸氫銨、氯化鐵、過硫酸鉀、抗壞血酸均為分析純，哈希CODCr預(yù)裝罐購于美國HACH公司.

2 結(jié)果與討論

2.1 累積沼氣產(chǎn)量

秸稈的加入，使沼氣產(chǎn)量大幅增加.當(dāng)SRT為10和15 d時(shí)，活性污泥單基質(zhì)厭氧消化日均沼氣產(chǎn)量為493.0和517.3 mL，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的日均沼氣產(chǎn)量為581.8和601.8 mL；活性污泥-秸稈共基質(zhì)厭氧消化累積沼氣產(chǎn)量分別為5 818.0、9 026.0 mL，比單一活性污泥的累積沼氣產(chǎn)量(4 930.0、7 760.0 mL)分別高出15.3%、14.0%.秸稈作為外加碳源，提高了厭氧活性污泥的CN，促進(jìn)了活性污泥中有機(jī)物的降解，產(chǎn)酸菌在厭氧系統(tǒng)中富集[19]，揮發(fā)酸產(chǎn)量增加，為活性污泥中微生物的代謝活動(dòng)提供碳源，使厭氧發(fā)酵容易啟動(dòng)，達(dá)到相對(duì)較好的產(chǎn)氣效果[20- 21].趙云飛等[21]發(fā)現(xiàn)，在混合基質(zhì)比例為1∶1時(shí)，餐廚垃圾與活性污泥混合基質(zhì)的沼氣產(chǎn)量比餐廚垃圾或活性污泥單獨(dú)厭氧消化的產(chǎn)量高2.5和1.0倍，與該研究相似，說明通過混合厭氧消化，可以使沼氣產(chǎn)量得到不同程度的提高.

2.2 沼氣組分

由圖2(a)(b)可見，當(dāng)SRT為10 d時(shí)，活性污泥單基質(zhì)與活性污泥-秸稈共基質(zhì)的沼氣產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢(shì).這是由于污泥與秸稈中所含的主要有機(jī)質(zhì)均為難降解組分，這些有機(jī)質(zhì)的水解是厭氧消化產(chǎn)甲烷過程的限速步驟.在厭氧消化初期，底物中易降解的有機(jī)質(zhì)在水解酸化微生物作用下迅速轉(zhuǎn)化為短鏈有機(jī)酸，進(jìn)而在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷，因此反應(yīng)初期產(chǎn)氣量上升.隨著厭氧消化過程的進(jìn)行，難降解有機(jī)質(zhì)的水解速率低于產(chǎn)沼氣速率，導(dǎo)致沼氣產(chǎn)量開始下降.2種底物均在第4天左右出現(xiàn)產(chǎn)氣高峰，沼氣產(chǎn)量分別達(dá)1 308和1 190 mL，此時(shí)沼氣中的φ(CH4)分別為44.3%和48.6%.

厭氧消化初期，2種底物沼氣產(chǎn)量中的φ(CH4)均較低.這可能是由于在反應(yīng)初期，大量揮發(fā)性短鏈脂肪酸積累，造成pH降低，抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，導(dǎo)致沼氣產(chǎn)量中的φ(CH4)較低[22].在反應(yīng)前4 d，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的φ(CH4)低于活性污泥單基質(zhì)中的φ(CH4).究其原因，秸稈的加入，使底物中纖維素及木質(zhì)素含量升高，有機(jī)成分發(fā)生變化，而底物中的有機(jī)成分的性質(zhì)又是影響φ(CH4)的重要因素[23]，因此會(huì)出現(xiàn)這種產(chǎn)CH4滯后現(xiàn)象.從第4天起，進(jìn)入?yún)捬跸€(wěn)定階段，活性污泥-秸稈共基質(zhì)中φ(CH4)略高于活性污泥單基質(zhì)，穩(wěn)定在60%左右.

隨著厭氧消化反應(yīng)過程的進(jìn)行，φ(CH4)不斷增加，φ(CO2)有所下降，這說明產(chǎn)甲烷菌可利用CO2和H2產(chǎn)生CH4.在第10天左右，混合基質(zhì)氣體成分中φ(N2)增加，這部分N2除了試驗(yàn)開始階段充入的N2外，可能是由于反硝化作用產(chǎn)生了N2.其他氣體可能是H2或H2S.

由圖2(c)(d)可見，在SRT為15 d時(shí)，沼氣產(chǎn)量中的φ(CH4)的趨勢(shì)與SRT為10 d時(shí)的相似，開始階段不斷上升，之后逐漸趨于穩(wěn)定.厭氧消化6 d后，活性污泥單基質(zhì)與活性污泥-秸稈共基質(zhì)的φ(CH4)均在50%以上，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，φ(CH4)波動(dòng)幅度不大，活性污泥單基質(zhì)的φ(CH4)維持在45%左右，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的φ(CH4)維持在60%左右.

不同SRT下，以活性污泥-秸稈共基質(zhì)為底物的反應(yīng)，最高φ(CH4)為69.3%，比活性污泥單基質(zhì)中的最高φ(CH4)(58.6%)高出15.4%，說明秸稈的加入有利于CH4氣體的產(chǎn)生.

圖2 活性污泥單基質(zhì)及活性污泥-秸稈共基質(zhì)在不同SRT下沼氣成分及沼氣產(chǎn)量Fig.2 Variations of biogas composition and production under different SRT(mono-substrate and co-substrates)

2.3 厭氧消化系統(tǒng)中的ρ(NH4+-N)和ρ(TP)

厭氧消化中，NH4+-N是重要的氮源，其濃度對(duì)厭氧消化細(xì)菌及產(chǎn)CH4速率都有一定的影響.在厭氧消化過程中，微生物中的氮只有少數(shù)可以轉(zhuǎn)化成細(xì)胞物質(zhì)，大部分有機(jī)氮經(jīng)生物降解后，以NH4+的形式存在，還原成沼液中的NH4+-N[24].其主要反應(yīng)方程：

RCHNH2COOH+2H2O→RCOOH+NH3+CO2+2H2. 當(dāng)ρ(NH4+-N)較高且達(dá)到1 500～3 000 mgL時(shí)，會(huì)對(duì)厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)生抑制[25].圖3顯示了試驗(yàn)過程中ρ(NH4+-N)的變化趨勢(shì).活性污泥單基質(zhì)及活性污泥-秸稈共基質(zhì)在不同SRT下的ρ(NH4+-N)為190～350 mgL，因此并未對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生抑制.在SRT為10 d時(shí)，由于活性污泥-秸稈共基質(zhì)中可降解有機(jī)物較多，其平均ρ(NH4+-N)為278.5 mgL，高于單基質(zhì)的平均ρ(NH4+-N)為215.6 mgL.當(dāng)SRT為15 d，反應(yīng)前期，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的ρ(NH4+-N)波動(dòng)較大，活性污泥單基質(zhì)的ρ(NH4+-N)稍有波動(dòng)，后期均趨于平穩(wěn).這說明在反應(yīng)開始階段，活性污泥-秸稈底物中的大部分氮以NH4+-N的形式排除，消化液的NH4+-N濃度由開始的247.2 mgL增至345.9 mgL.反應(yīng)后期ρ(NH4+-N)降低.這是由于罐中存在厭氧氨氧化作用，厭氧氨氧化菌以NH4+-N作為電子供體，亞硝酸氮為電子受體，生成氣態(tài)氮，從而實(shí)現(xiàn)脫氮[26]，導(dǎo)致ρ(NH4+-N)逐漸降至198.7 mgL；同時(shí)，微生物的生長(zhǎng)也會(huì)利用NH4+-N，從而造成NH4+-N濃度稍有降低.兩組底物均呈現(xiàn)SRT為15 d時(shí)的平均ρ(NH4+-N)低于SRT為10 d時(shí)的ρ(NH4+-N)，這可能是由于SRT縮短會(huì)導(dǎo)致有機(jī)負(fù)荷量升高，ρ(NH4+-N)也會(huì)有所上升.

磷是微生物細(xì)胞的重要組成元素，存在于細(xì)胞組份中.有機(jī)磷的釋放主要是由微生物分解引起的[27].在厭氧發(fā)酵過程中，由于微生物細(xì)胞破碎，微生物水解，溶出大量的磷，同時(shí)秸稈也可釋放大量的磷.圖3顯示了厭氧消化過程中ρ(TP)的變化特性，ρ(TP)總體變化范圍不大.SRT為10和15 d時(shí)，活性污泥-秸稈共基質(zhì)出泥樣品的平均ρ(TP)分別為168.6和175.9 mgL，高于活性污泥單基質(zhì)的129.2和152.2 mgL.

圖3 活性污泥單基質(zhì)及活性污泥-秸稈共基質(zhì)在不同SRT下ρ(NH4+-N)和ρ(TP)Fig.3 Variations of NH4+-N and TP concentrations under different SRT(mono-substrate and co-substrates)

2.4 CODCr的去除率

由圖4可見，在中溫條件下，當(dāng)SRT為10和15 d時(shí)，厭氧消化后，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的ρ(CODCr)分別為16 331和15 518 mgL，活性污泥單基質(zhì)的ρ(CODCr)分別對(duì)應(yīng)于18 261和18 343 mgL.而活性污泥-秸稈共基質(zhì)的CODCr去除率分別為25.0%和28.0%，優(yōu)于活性污泥單基質(zhì)的CODCr去除率10.2%和13.1%.去除率較高說明系統(tǒng)中的大量有機(jī)物被微生物利用，從而有效地轉(zhuǎn)化成CH4及CO2等氣體而釋放.這與沼氣產(chǎn)量中混合基質(zhì)的沼氣產(chǎn)量高于活性污泥單基質(zhì)的沼氣產(chǎn)量相對(duì)應(yīng).因此，秸稈的加入使得活性污泥-秸稈共基質(zhì)厭氧消化CODCr去除率比活性污泥單基質(zhì)高.

注：1—活性污泥單基質(zhì)；2—活性污泥-秸稈共基質(zhì).圖4 活性污泥單基質(zhì)及活性污泥-秸稈共基質(zhì)在不同SRT下CODCr去除率Fig.4 CODCr removal rate under different SRT (mono-substrate and co-substrates)

2.5 厭氧消化系統(tǒng)中的ρ(VFA)

VFA是厭氧消化過程中有機(jī)質(zhì)水解酸化的重要產(chǎn)物.產(chǎn)酸菌以可溶性蛋白質(zhì)和碳水化合物作為底物，產(chǎn)生VFA.當(dāng)ρ(VFA)低于3 000 mgL時(shí)，有利于產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)[28].試驗(yàn)中ρ(VFA)均在200 mgL以下，因此未對(duì)產(chǎn)甲烷菌造成抑制.從圖5可見，各試驗(yàn)階段的ρ(VFA)在反應(yīng)前期均呈上升趨勢(shì)，隨著厭氧消化的進(jìn)行，開始逐漸下降，到反應(yīng)后期趨于平穩(wěn).當(dāng)SRT為15 d時(shí)，產(chǎn)VFA高峰值出現(xiàn)在第4天，對(duì)比SRT為10 d時(shí)相對(duì)滯后，這可能是由于SRT短則每日接種活性污泥量相對(duì)增加，增加接種物的量不僅可以提高消化系統(tǒng)的緩沖能力、縮短系統(tǒng)水解酸化階段的時(shí)間、有利于產(chǎn)氣高峰的提前，而且對(duì)有機(jī)物降解有一定的促進(jìn)作用.

活性污泥-秸稈共基質(zhì)在SRT為10 d的試驗(yàn)階段初期，ρ(VFA)較高，達(dá)到164.5 mgL，可能是因?yàn)樵趨捬跸怆A段，纖維素等有機(jī)物的水解產(chǎn)物較多，但產(chǎn)CH4菌不足，導(dǎo)致VFA大量積累，降低消化液中的pH，影響產(chǎn)氣量.厭氧消化過程中產(chǎn)生的部分VFA也可與NH4+-N等發(fā)生中和反應(yīng)，促進(jìn)厭氧發(fā)酵的進(jìn)行[29].隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，產(chǎn)酸菌逐漸被產(chǎn)甲烷菌所替代，有機(jī)酸被不斷消耗，ρ(VFA)降低.將活性污泥與秸稈2種物料混合發(fā)酵，改善了活性污泥單獨(dú)厭氧消化時(shí)產(chǎn)酸量少的情況，有利于提高厭氧消化的CH4產(chǎn)量.

注： ρ(VFA)以ρ(乙酸)計(jì).圖5 單基質(zhì)及共基質(zhì)在不同SRT下VFA含量變化Fig.5 Variations of VFA concentrations under different SRT (mono-substrate and co-substrates)

3 結(jié)論

a) 秸稈的加入明顯提高了沼氣產(chǎn)量，在SRT為10和15 d時(shí)，共基質(zhì)底物的累積沼氣產(chǎn)量比單基質(zhì)的分別提高了15.3%和14.0%.2個(gè)SRT反應(yīng)階段中，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的最高φ(CH4)達(dá)69.3%，比活性污泥單基質(zhì)中的最高φ(CH4)(58.6%)高出15.4%.秸稈的加入有利于提高污泥厭氧消化的沼氣產(chǎn)量及φ(CH4).

b) 活性污泥單基質(zhì)的ρ(NH4+-N)及ρ(TP)均低于活性污泥-秸稈共基質(zhì).SRT為10 d時(shí)，共基質(zhì)中平均ρ(NH4+-N)為278.5 mgL，高于活性污泥單基質(zhì)的平均ρ(NH4+-N)為215.6 mgL；SRT為15 d時(shí)，共基質(zhì)的平均ρ(NH4+-N)為254.9 mgL，而單基質(zhì)為213.5 mgL.在SRT為10和15 d時(shí)，活性污泥-秸稈共基質(zhì)的平均ρ(TP)分別為168.6和175.9 mgL，高于活性污泥單基質(zhì)的129.2和152.2 mgL；并且固體停留時(shí)間短，有機(jī)負(fù)荷量增加，ρ(NH4+-N)及ρ(TP)升高.

c) 共基質(zhì)在SRT為10和15 d的CODCr去除率分別為25.0%、28.0%，優(yōu)于單基質(zhì)的CODCr去除率(10.0%、13.0%).并且在兩SRT厭氧消化過程中，ρ(VFA)在200 mgL以下，發(fā)酵底物處于較好厭氧消化階段.活性污泥-秸稈共基質(zhì)有利于發(fā)酵液中有機(jī)物含量的提高，為產(chǎn)CH4菌提供充足的有機(jī)物.10 d的固體停留時(shí)間比15 d更有利于ρ(VFA)的增加.

d) 共基質(zhì)厭氧消化在沼氣產(chǎn)量、φ(CH4)以及CODCr的去除率等多方面優(yōu)于活性污泥單基質(zhì)厭氧消化，可為后續(xù)研究不同配比有機(jī)質(zhì)對(duì)活性污泥厭氧消化的影響提供參考.

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Characteristics of Anaerobic Digestion of Activated Sludge and Co-Substrates with Waste Straw

WANG Ziqi， ZHOU Haidong*， ZHANG Zhe， WANG Yingying

School of Environment and Architecture， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China

In order to investigate the characteristics of anaerobic digestion of activated sludge and co-substrates with waste straw， anaerobic digestion with activated sludge and co-substrates with waste straw was conducted under mesophilic condition (35±1) ℃ with solid retention time (SRT) of 10 and 15 d. The variation characteristics of biogas production and composition，ρ(NH4+-N)，ρ(TP)，ρ(CODCr) andρ(VFA) were investigated with the CN (mass ratio) of mono-substrate of sewage sludge and co-substrates set at 5.5∶1 and 10∶1， respectively. When SRT were 10 and 15 d， the cumulative biogas productions from co-substrates were 5818.0 and 9026.0 mL， respectively， 15.3% and 14.0% higher than those of the mono-substrate (i.e. 4930.0 and 7760.0 mL)， respectively. The maximalφ(CH4) from co-substrates was 69.3%， 15.4% higher than that of single substrate (maximum 58.61%). The removal rates of CODCrwere 25.0% and 28.0% of co-substrates during two SRT， better than those of mono-substrate (which only had 10.2% and 13.1%). The averageρ(NH4+-N) andρ(TP) of co-substrates were 278.5， 254.9 mgL and 168.6， 175.9 mgL， which were higher than 215.6， 213.5 mgL and 129.2， 152.2 mgL of mono-substrate. Co-substrates can optimize CN of substrates and promote the performance of anaerobic digestion and biogas production.

sludge； waste straw； co-digestion； solid retention time (SRT)； methane

2016- 06- 07

2016- 11- 02

上海市科委基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目(13DJ1400105)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279108)

王紫琪(1991-)，女，河南新鄉(xiāng)人，faderain@163.com.

*責(zé)任作者，周海東(1971-)，男，安徽廬江人，副教授，博士，主要從事水污染控制與污泥資源化研究，zhouhaidong@usst.edu.cn

X703.1

1001- 6929(2017)02- 0315- 07

A

10.13198j.issn.1001- 6929.2017.01.37

王紫琪，周海東，張喆，等.活性污泥及其與秸稈共基質(zhì)的厭氧消化特性[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017，30(2)：315- 321.

WANG Ziqi，ZHOU Haidong，ZHANG Zhe，etal.Characteristics of anaerobic digestion of activated sludge and co-substrates with waste straw[J].Research of Environmental Sciences，2017，30(2)：315- 321.