蚯蚓粪对厌氧污泥颗粒化的影响

张彦等

摘要：在IC反应器上进行了蚯蚓粪作为添加剂对厌氧污泥颗粒化影响的试验。观察分析了污泥外观、微生物相，测试分析了污泥VSS/TSS与SVI变化、污泥粒径分布、污泥沉降速度。结果表明，蚯蚓粪为形成污泥颗粒提供附着体，促进具有良好沉降性能的厌氧颗粒污泥的形成。

关键词：蚯蚓粪；添加剂；IC反应器；厌氧污泥；颗粒化

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）13-3022-03

Effects of Vermicompost on Granulation of Anaerobic Sludge

ZHANG Yan1a，FAN 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

废水厌氧生物处理技术的关键是厌氧颗粒污泥（AGS）的形成富集[1，2]。厌氧微生物生长条件苛刻、繁殖缓慢，反应器中AGS培养时间较长，选取合理反应器启动工艺，缩短AGS形成过程非常关键。决定颗粒污泥形成的外界条件很多，在其他条件相同时，可向进水中投加促进剂、维生素、营养物等来保证反应器内最佳生长条件，人为促进可以加快颗粒化进程。

蚯蚓粪是一种黑色、均一、高持水量，排水性、通气性、营养物质吸收与保持能力良好，在水中不易松散的细碎类物质[3，4]，其内部结构呈多孔状，有利于厌氧细菌、有益微生物生存[5]。本试验就蚯蚓粪对AGS的影响进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料

接种污泥：IC反应器内原有试验过程产生的厌氧污泥。蚯蚓粪：赤子爱胜蚯蚓处理牛粪后所产粪便。试验废水：采用葡萄糖配制的人工废水。

1.2 试验装置

试验采用的IC反应器试验系统如图1 所示，包括IC反应器及气体流量计、辅助热源、储气装置、水泵等辅助设备[6]。

1.3 测定项目与方法

COD：采用重铬酸钾滴定法，用JH-12 COD恒温加热器定期测定[7]；产气量用湿式气体流量计测定；污泥微生物特征用IBE2000型倒置荧光生物显微镜测定；挥发性悬浮固体（VSS）、总悬浮固体（TSS）、污泥体积指数（SVI）采用标准方法[8]测定；颗粒污泥粒径分布采用湿式筛分析法[9，10]测定；颗粒污泥沉降速度用1 000 mL量筒注满清水，测高度H，用秒表测量单个AGS从筒口沉降到量底的时间t，计算该颗粒沉降速度v=H/t。以10～20个某粒径范围任取的颗粒污泥沉降速度平均值作为该粒径的沉降速度。

1.4 方案设计

使反应器污泥床反应区温度保持（35±1）℃，试验在中温条件下进行。在进水流量25～30 L/d，COD浓度1 500～2 000 mg/L工况下驯化反应器内存留的污泥，污泥活性1个月后恢复，反应器可正常运行，有机负荷（以COD计）达0.857 kg/（m3·d），出水COD在700 mg/L以下。污泥驯化后，加入2.5 kg蚯蚓粪，添加量为废水质量的3.5%。在反应器中让蚯蚓粪先静置36 h，以便蚯蚓粪中有益菌适应IC反应器运行条件，再开始启动，调节运行负荷，考察AGS变化。

2 结果与分析

2.1 IC反应器COD浓度与进水流量随时间的变化

IC反应器COD浓度与进水流量在试验过程中随时间变化情况如图2所示。

2.2 污泥外观观察结果

第12天反应器污泥床区污泥为细小黑色颗粒和表面较粗糙、形状不规则、与蚯蚓粪表面情况相似、以蚯蚓粪为载体形成的较大黑褐色颗粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物见图3。较大黑褐色颗粒表面粗糙，颜色变浅，不易散开，有利厌氧菌吸附生长；细小黑色颗粒初步形成、较为松散、淘洗后散开，只剩下细微土沙小粒核。第24天污泥颗粒开始变大，较为密实，机械强度大大增强。

反应器启动结束时污泥床区污泥淘洗后为大小较均匀、表面光滑、边界清晰、圆形或扁圆形为主、有一些不规则形的黑色颗粒（图4）。研磨发现部分AGS中心存在蚯蚓粪颗粒残留物。

在反应器内蚯蚓粪与厌氧微生物、废水相互作用，蚯蚓粪为反应器内厌氧发酵微生物提供微量元素、营养成分并改变了微生物生存环境，同时厌氧微生物附着于蚯蚓粪粗糙表面降解蚯蚓粪有机质供自身生长，表明能良好保持自身形态的蚯蚓粪骨架可作为对微生物固定化、颗粒化起很大作用的良好载体。

2.3 微生物相观察结果

在反应器启动初期与结束时分别取污泥床区混合液进行40×160倍的显微镜观察，观察结果见图5、图6。由图5、图6可知，污泥床区微生物随时间发生变化，初期以杆状菌与球菌为主，丝状菌随着反应器运行逐渐生长，启动结束时丝菌、杆菌与球菌共同生长，丝状菌占优势，以网络形式把杆菌、球菌、无机质聚合，促进AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS与SVI变化

污泥VSS/TSS、SVI测定结果见表1。由表1可知，加入蚯蚓粪前后污泥VSS/TSS、SVI变化较大。由于厌氧菌生长且蚯蚓粪中存在有机质，取样口1加入蚯蚓粪后VSS/TSS突然增大，然后经历稳定、升高期。蚯蚓粪在启动初期的厌氧发酵中被分解，提供了部分微量元素、营养物质用于厌氧菌生长，随着可降解蚯蚓粪成分的减少，使得蚯蚓粪有机质减少量小于厌氧菌生长量，VSS/TSS逐渐增大。

2.5 污泥粒径分布

取IC反应器停运后其内污泥，粒径分布测定结果（图7）表明，多数颗粒粒径为1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒径≥1 mm的污泥沉降速度为39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒径1～2 mm污泥沉降速度小；受蚯蚓粪中无机质细粒、大颗粒骨架影响，污泥中无机质含量增加，2～5 mm粒径沉降速度较大。粒径≥5 mm污泥结构松散、易破碎、内部营养供应不足、污泥体积较大，沉降速度有所下降（图8）。

3 结论

蚯蚓粪在IC反应器中作为添加剂为形成颗粒污泥提供附着体，能良好保持自身形态的残余蚯蚓粪骨架可作为微生物固定化、颗粒化的良好载体，促进具有良好沉降性能的AGS的形成。

参考文献：

[1] 贺延龄.废水的厌氧处理[M].北京：中国轻工业出版社，2001.

[2] 张 彦.蚯蚓粪促进厌氧发酵效果的试验研究[D].郑州：河南农业大学，2006.

[3] 王彦青，廉振民.蚯蚓与重金属污染治理及蚯蚓粪应用的研究进展[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，张 彦，杨世关，等.蚓粪对厌氧发酵主要性能参数的影响[J]. 湖北农业科学，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陈宝书，陈本建，张惠霞，等.蚯蚓粪营养成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 杨世关. 内循环（IC）厌氧反应器实验研究[D].郑州：河南农业大学， 2002.

[7] 中国科学院成都生物研究所. 沼气发酵常规分析[M]. 北京：北京科学技术出版社，1984.

[8] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[9] 杨世关，赵青玲，张 杰，等.两种厌氧反应器培养颗粒污泥的对比试验[J].农业工程学报，2007，23（1）：183-187.

[10] 张 杰. IC反应器处理猪粪废水条件下厌氧污泥颗粒化研究[D].郑州：河南农业大学， 2004.

IC反应器COD浓度与进水流量在试验过程中随时间变化情况如图2所示。

2.2 污泥外观观察结果

第12天反应器污泥床区污泥为细小黑色颗粒和表面较粗糙、形状不规则、与蚯蚓粪表面情况相似、以蚯蚓粪为载体形成的较大黑褐色颗粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物见图3。较大黑褐色颗粒表面粗糙，颜色变浅，不易散开，有利厌氧菌吸附生长；细小黑色颗粒初步形成、较为松散、淘洗后散开，只剩下细微土沙小粒核。第24天污泥颗粒开始变大，较为密实，机械强度大大增强。

反应器启动结束时污泥床区污泥淘洗后为大小较均匀、表面光滑、边界清晰、圆形或扁圆形为主、有一些不规则形的黑色颗粒（图4）。研磨发现部分AGS中心存在蚯蚓粪颗粒残留物。

在反应器内蚯蚓粪与厌氧微生物、废水相互作用，蚯蚓粪为反应器内厌氧发酵微生物提供微量元素、营养成分并改变了微生物生存环境，同时厌氧微生物附着于蚯蚓粪粗糙表面降解蚯蚓粪有机质供自身生长，表明能良好保持自身形态的蚯蚓粪骨架可作为对微生物固定化、颗粒化起很大作用的良好载体。

2.3 微生物相观察结果

在反应器启动初期与结束时分别取污泥床区混合液进行40×160倍的显微镜观察，观察结果见图5、图6。由图5、图6可知，污泥床区微生物随时间发生变化，初期以杆状菌与球菌为主，丝状菌随着反应器运行逐渐生长，启动结束时丝菌、杆菌与球菌共同生长，丝状菌占优势，以网络形式把杆菌、球菌、无机质聚合，促进AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS与SVI变化

污泥VSS/TSS、SVI测定结果见表1。由表1可知，加入蚯蚓粪前后污泥VSS/TSS、SVI变化较大。由于厌氧菌生长且蚯蚓粪中存在有机质，取样口1加入蚯蚓粪后VSS/TSS突然增大，然后经历稳定、升高期。蚯蚓粪在启动初期的厌氧发酵中被分解，提供了部分微量元素、营养物质用于厌氧菌生长，随着可降解蚯蚓粪成分的减少，使得蚯蚓粪有机质减少量小于厌氧菌生长量，VSS/TSS逐渐增大。

2.5 污泥粒径分布

取IC反应器停运后其内污泥，粒径分布测定结果（图7）表明，多数颗粒粒径为1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒径≥1 mm的污泥沉降速度为39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒径1～2 mm污泥沉降速度小；受蚯蚓粪中无机质细粒、大颗粒骨架影响，污泥中无机质含量增加，2～5 mm粒径沉降速度较大。粒径≥5 mm污泥结构松散、易破碎、内部营养供应不足、污泥体积较大，沉降速度有所下降（图8）。

3 结论

蚯蚓粪在IC反应器中作为添加剂为形成颗粒污泥提供附着体，能良好保持自身形态的残余蚯蚓粪骨架可作为微生物固定化、颗粒化的良好载体，促进具有良好沉降性能的AGS的形成。

参考文献：

[1] 贺延龄.废水的厌氧处理[M].北京：中国轻工业出版社，2001.

[2] 张 彦.蚯蚓粪促进厌氧发酵效果的试验研究[D].郑州：河南农业大学，2006.

[3] 王彦青，廉振民.蚯蚓与重金属污染治理及蚯蚓粪应用的研究进展[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，张 彦，杨世关，等.蚓粪对厌氧发酵主要性能参数的影响[J]. 湖北农业科学，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陈宝书，陈本建，张惠霞，等.蚯蚓粪营养成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 杨世关. 内循环（IC）厌氧反应器实验研究[D].郑州：河南农业大学， 2002.

[7] 中国科学院成都生物研究所. 沼气发酵常规分析[M]. 北京：北京科学技术出版社，1984.

[8] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[9] 杨世关，赵青玲，张 杰，等.两种厌氧反应器培养颗粒污泥的对比试验[J].农业工程学报，2007，23（1）：183-187.

[10] 张 杰. IC反应器处理猪粪废水条件下厌氧污泥颗粒化研究[D].郑州：河南农业大学， 2004.

IC反应器COD浓度与进水流量在试验过程中随时间变化情况如图2所示。

2.2 污泥外观观察结果

第12天反应器污泥床区污泥为细小黑色颗粒和表面较粗糙、形状不规则、与蚯蚓粪表面情况相似、以蚯蚓粪为载体形成的较大黑褐色颗粒。用清水多次淘洗污泥，剩余物见图3。较大黑褐色颗粒表面粗糙，颜色变浅，不易散开，有利厌氧菌吸附生长；细小黑色颗粒初步形成、较为松散、淘洗后散开，只剩下细微土沙小粒核。第24天污泥颗粒开始变大，较为密实，机械强度大大增强。

反应器启动结束时污泥床区污泥淘洗后为大小较均匀、表面光滑、边界清晰、圆形或扁圆形为主、有一些不规则形的黑色颗粒（图4）。研磨发现部分AGS中心存在蚯蚓粪颗粒残留物。

在反应器内蚯蚓粪与厌氧微生物、废水相互作用，蚯蚓粪为反应器内厌氧发酵微生物提供微量元素、营养成分并改变了微生物生存环境，同时厌氧微生物附着于蚯蚓粪粗糙表面降解蚯蚓粪有机质供自身生长，表明能良好保持自身形态的蚯蚓粪骨架可作为对微生物固定化、颗粒化起很大作用的良好载体。

2.3 微生物相观察结果

在反应器启动初期与结束时分别取污泥床区混合液进行40×160倍的显微镜观察，观察结果见图5、图6。由图5、图6可知，污泥床区微生物随时间发生变化，初期以杆状菌与球菌为主，丝状菌随着反应器运行逐渐生长，启动结束时丝菌、杆菌与球菌共同生长，丝状菌占优势，以网络形式把杆菌、球菌、无机质聚合，促进AGS形成。

2.4 污泥VSS/TSS与SVI变化

污泥VSS/TSS、SVI测定结果见表1。由表1可知，加入蚯蚓粪前后污泥VSS/TSS、SVI变化较大。由于厌氧菌生长且蚯蚓粪中存在有机质，取样口1加入蚯蚓粪后VSS/TSS突然增大，然后经历稳定、升高期。蚯蚓粪在启动初期的厌氧发酵中被分解，提供了部分微量元素、营养物质用于厌氧菌生长，随着可降解蚯蚓粪成分的减少，使得蚯蚓粪有机质减少量小于厌氧菌生长量，VSS/TSS逐渐增大。

2.5 污泥粒径分布

取IC反应器停运后其内污泥，粒径分布测定结果（图7）表明，多数颗粒粒径为1～3 mm。

2.6 污泥沉降速度

粒径≥1 mm的污泥沉降速度为39～52 mm/s，沉降性能良好，其中，粒径1～2 mm污泥沉降速度小；受蚯蚓粪中无机质细粒、大颗粒骨架影响，污泥中无机质含量增加，2～5 mm粒径沉降速度较大。粒径≥5 mm污泥结构松散、易破碎、内部营养供应不足、污泥体积较大，沉降速度有所下降（图8）。

3 结论

蚯蚓粪在IC反应器中作为添加剂为形成颗粒污泥提供附着体，能良好保持自身形态的残余蚯蚓粪骨架可作为微生物固定化、颗粒化的良好载体，促进具有良好沉降性能的AGS的形成。

参考文献：

[1] 贺延龄.废水的厌氧处理[M].北京：中国轻工业出版社，2001.

[2] 张 彦.蚯蚓粪促进厌氧发酵效果的试验研究[D].郑州：河南农业大学，2006.

[3] 王彦青，廉振民.蚯蚓与重金属污染治理及蚯蚓粪应用的研究进展[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2003，31（增刊）：59-63.

[4] 范振山，张 彦，杨世关，等.蚓粪对厌氧发酵主要性能参数的影响[J]. 湖北农业科学，2013，52（13）：3038-3040.

[5] 陈宝书，陈本建，张惠霞，等.蚯蚓粪营养成分的研究[J].四川草原，1998（3）：22-24.

[6] 杨世关. 内循环（IC）厌氧反应器实验研究[D].郑州：河南农业大学， 2002.

[7] 中国科学院成都生物研究所. 沼气发酵常规分析[M]. 北京：北京科学技术出版社，1984.

[8] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[9] 杨世关，赵青玲，张 杰，等.两种厌氧反应器培养颗粒污泥的对比试验[J].农业工程学报，2007，23（1）：183-187.

[10] 张 杰. IC反应器处理猪粪废水条件下厌氧污泥颗粒化研究[D].郑州：河南农业大学， 2004.