Fe2+对厌氧发酵过程中VFA和SS的影响

高雅

摘要：研究了UASB在改变进水Fe2+浓度的情况下，对厌氧发酵过程中产物VFA以及出水SS的影响。结果表明：当Fe2+浓度升高时，液相末端产物乙酸浓度逐渐降低，丙酸浓度随之升高；此外Fe2+的投加能有效地去除SS；Fe2+在改善厌氧发酵工艺的效率上有一定的促进作用。

关键词：挥发性脂肪酸；悬浮物；厌氧发酵

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）2-0043-02

1 引言

厌氧发酵工艺在废水处理效果、工艺成本以及能源消耗等方面具有较突出的优势，已在各污废水处理厂中得到广泛应用。厌氧反应器在进行厌氧发酵的过程中会产生挥发性脂肪酸（VFA），其主要成分为乙酸、丙酸等。生成VFA的效率和VFA浓度与厌氧发酵的处理进程有很大的关系。VFA的监测能够反映出厌氧反应器的运行情况，较高的VFA浓度不仅对产甲烷菌有抑制作用，而且对酸化前期的水解过程产生一定的消极影响[1]。有机物在废水中通常以悬浮物或者胶体的形式存在，悬浮物（SS）的大量累积对厌氧反应器的发酵是不利的[2]，因此提高SS的去除率也应加以研究。

2 实验与方法

2.1 实验装置与实验废水

本实验采用两组单级上流式厌氧污泥床反应器（UASB），分别设置为实验组和对照组。反应器内接种已驯化好的活性厌氧污泥。反应器材质为有机玻璃，反应区有效体积为2.0 L，水力停留时间为19 h。进水采用实验室配制的蔗糖溶液，并加入碳酸氢钠以调节碱度，进水的常量元素和微量元素如表1所示。

实验前两组反应器的运行状态基本一致：进水蔗糖浓度为2500 mg/L，出水糖浓度20 mg/L左右，进水Fe2+浓度为7 mg/L，反应器内部pH值为7。本实验所投加的铁源为FeSO4·7H2O。

2.2 实验方法

VFA测定：采用6890N型号气相色谱仪。反应器出水经离心机12000 r/min离心5 min，取其上清液3 mL，并加入3%甲酸1 mL，再次离心5 min，最后取混合液的上清液1 mL进行仪器检测。

SS测定：采用GB11901-89重量法。取反应器出水600～700 mL，静置沉淀30 min后取上清液500 mL进行测定。

3 结果与讨论

3.1 Fe2+对VFA的影响

图1所示为不同浓度的Fe2+对挥发性脂肪酸中乙酸和丙酸浓度的影响情况。实验组的进水Fe2+浓度未改变之前，两组反应器的VFA浓度相近，其乙酸浓度在180 mg/L左右，丙酸浓度在30 mg/L左右。依次提高实验组的进水Fe2+浓度至11 mg/L和15 mg/L，乙酸浓度呈下降的趋势，而丙酸浓度逐渐上升。乙酸浓度的下降趋势变化较为明显，丙酸浓度的趋势略有波動，但从总体来看仍是上升的趋势。由此可以看出，提高Fe2+浓度对液相末端产物的浓度有一定的影响。李永峰等[3]在研究Fe2+对液相末端产物浓度的影响时发现当Fe2+从0 mg/L直接提高至50 mg/L时，乙酸和丙酸的浓度均增加。而丁杰等[4]所研究的当Fe2+从2 mg/L提高至10 mg/L时，乙酸浓度降低，丙酸浓度升高，该结论与本文一致。

相比于乙酸来说，丙酸的降解速度比较缓慢并且容易积累[5]。铁元素存在于水解酶、产甲烷菌中的CO脱氢酶和铁氧化还原蛋白中[6～8]，Fe2+浓度的提高不仅能促进产甲烷菌中酶的活性，而且对水解阶段有一定的促进作用，因此降解乙酸的速率加快，而丙酸大量积累。

3.2 Fe2+对出水SS的影响

Fe2+浓度条件未改变时，两组反应器的SS相近，均在19 mg/L左右。提高Fe2+浓度后，实验组的SS逐渐降低，如图2所示。当进水Fe2+浓度分别为11 mg/L和15 mg/L时，其相应的SS分别降至12.5 mg/L和7.4 mg/L。这说明，加入Fe2+能有效地去除SS。铁能够附

着在颗粒污泥上，使得厌氧污泥颗粒化的时间大幅缩短，而此时的颗粒表面有较好的表面张力[9]。除此之外，水溶后的铁离子能在局部形成水合物，具有一定的吸附力，能达到去除SS的效果[10]。

4 结论

Fe2+对厌氧发酵过程有一定的影响。投加一定量的Fe2+后，乙酸浓度降低，丙酸浓度升高，说明适量的Fe2+能促进乙酸的降解，产物丙酸的生成。同时随着进水Fe2+浓度的增加，SS逐渐降低，说明适量地投加Fe2+能有效地去除SS。

参考文献：

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[3]李永峰， 王艺璇， 程国玲， 等. 二价铁离子对UASB反应器厌氧发酵产氢效能的影响[J]. 环境科学， 2013， 34（6）：2290～2294.

[4]丁 杰， 任南琪， 刘 敏， 等. Fe和Fe2+对混合细菌产氢发酵的影响[J]. 环境科学， 2004， 25（4）：49～53.

[5]李红丽， 曹霏霏， 王 岩. 挥发性脂肪酸对厌氧干式发酵产甲烷的影响[J]. 环境工程学报， 2014， 8（6）：2572～2578.

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