微量Fe、Co、Ni對厭氧污泥活性的影響*

劉祚希，蘇會東

（沈陽理工大學環境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110168）

微量Fe、Co、Ni對厭氧污泥活性的影響*

劉祚希，蘇會東

（沈陽理工大學環境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110168）

在靜態裝置中培養厭氧污泥，以葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀為厭氧微生物生長的營養物質和處理廢水，向培養瓶中直接加入不同濃度的FeCl2、CoCl2、NiCl2溶液進行單因素實驗。當投入的鐵離子質量濃度為5 mg/L，鈷離子的質量濃度為0.7 mg/L，鎳離子的質量濃度為1 mg/L時，廢水COD的去除率為88%，甲烷總產量達到68 mL，均大于各個單因素的效果，因此有效提高了對有機物的降解能力。

微量元素;厭氧污泥;靜態培養;甲烷

厭氧生物處理技術是利用厭氧微生物的代謝作用處理廢水中有機污染物的技術，因而在生物處理設施的運行中必須創造出微生物適宜的環境與營養條件，在以往的廢水厭氧生物處理研究中，人們多關注溫度、pH值、毒性等條件，營養方面，也多只關注N，P的營養需求，而常常忽視了S、Ca、Fe、Co、Ni、Mn[1-2]等元素，在這些元素中，尤以微量金屬元素Fe、Co、Ni更為重要。研究表明[3-4]，缺乏Fe元素會限制甲烷菌的活性，Ni、Co也是甲烷菌必要的無機營養元素。本文通過靜態實驗培養厭氧污泥，研究了微量Fe、Co、Ni元素對厭氧活性污泥生長的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

靜態實驗包括5個250 mL的錐形瓶，內裝有140 mL厭氧污泥和110 mL營養液（葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀混合物溶液），并置于HZS—HA型（哈爾濱東聯電子技術開發有限公司）恒溫水搖床中（轉速120 r/min），產生的氣體利用排水法收集，實驗裝置如圖1所示。

1.2 營養液的配制

厭氧微生物生長所需要的營養液由8.568 g C6H12O6、0.6615 g Co（NH）2、0.2709 g KH2PO4[5]溶于1 000 mL水中，用碳酸氫鈉調節pH 7～7.5。

1.3 接種污泥

厭氧污泥為沈陽北部污水處理廠厭氧消化池中排放的污泥，污泥的SS為13.5 g/L，污泥的VSS為10.4 g/L。

1.4 實驗方法

取5個錐形瓶，分別標號i，ii，iii，iv，v，將活性污泥搖勻，各加入140 m L，分別向5個錐形瓶中再加入營養液110 mL。FeCl2、CoCl2、NiCl23種微量元素，取2種為固定投加量，改變別一種微量元素的投加量，研究此種微量元素對厭氧反應的影響。

將加好微量元素的錐形瓶搖勻后，與帶膠管的膠塞連接，放入恒溫水浴振蕩器中，設置好振蕩速度為120 r/min，第1天慢慢將溫度升到33℃[6]培養，使活性污泥適應環境。從第2天起每天測量反應器上清液COD值、甲烷產量，測定方法按1.5所示。

1.5 測定項目及方法

COD：ET99722型COD快速測定儀（北京艾諾威商貿有限公司）；懸浮物SS和揮發性懸浮物VSS：重量法[7]；產氣量及甲烷產量：排水法及堿液吸收排水法。

2 實驗結果與討論

2.1 鐵離子濃度對厭氧污泥活性影響

鐵是細胞色素和鐵氧化還原蛋白的氧化還原反應中必不可少的電子載體,在電子傳遞體系中起至關重要的作用，污水中Fe2+的含量影響了微生物的活性。按1.4的實驗方法，向5個瓶中分別投加2 mL的不同濃度的FeCl2溶液，投加后使得反應器的 Fe2+質量濃度分別為 3、4、5、6、7 mg/L，每個反應器中Co2+和Ni2+質量濃度分別為0.5和0.8 mg/L。降解COD的實驗結果如圖2，累積甲烷產量的結果如圖3。

從圖3中可以看出Fe2+濃度對累積甲烷產量有影響，當Fe2+質量濃度為5 mg/L時，甲烷產量最多，微生物的活性最高。

由以上數據分析可知：反應器中Fe2+質量濃度為5 mg/L時，COD的去除率為87.5%，產甲烷量為65 mL，為5個濃度中最高。因此，反應器中Fe2+質量濃度為5 mg/L時為微生物對污水的凈化效果為本實驗最好。

2.2 鈷離子的濃度變化對厭氧活性污泥影響

按1.4的實驗方法，研究鈷離子對厭氧活性污泥活性的影響。向5個瓶中分別投加2 mL的不同濃度的CoCl2溶液，投加后使得反應器的Co2+質量濃度分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mg/L，每個反應器中Fe2+和Ni2+質量濃度分別為5和0.8 mg/L。降解COD的實驗結果如圖4，累積甲烷產量的結果如圖5。

由圖4可以看出，各個反應器COD值不斷下降，Co2+質量濃度為0.3 mg/L時，COD由原液的1 357.8 mg/L下降到394.1 mg/L，COD的去除率最低為70.9%；Co2+質量濃度為0.7 mg/L時，COD由原液的1 357.8 mg/L下降到314.4 mg/L，COD的去除率最高為76.8%。說明Co2的濃度影響了微生物的活性進而影響了COD的去除效果。

圖5為投加不同量的Co2+時累積甲烷產量。從圖中可以看出當Co2+質量的濃度為0.5 mg/L時累積產甲烷量最多為61.5 mL，質量濃度為0.7 mg/L時為59.5 mL次之。

可見，反應器中Co2+的濃度對COD的去除及甲烷產量都有一定的影響，當濃度為0.7 mg/L時微生物的活性最強，污水的凈化效果也最好。

2.3 鎳離子的濃度變化對厭氧活性污泥影響

方法同1.4，分別向5個瓶中投加2 mL不同濃度的NiCl2溶液，投加后使得反應器的Ni2+質量濃度分別0、0.5、1、1.5、2.0 mg/L，每個反應器中Fe2+和Co2+質量濃度分別為5和0.7 mg/L。降解COD的試驗結果見圖6，累積甲烷產量的結果見圖7。

從圖6可以看出，5個反應器中的去除率在設計的運行周期內都能夠達到70%以上。但當投加適量的Ni2+時可以提高COD的去除率，如第2、3、4組的去除率76.8%、79.9%、72.2%，均高于沒有投加金屬鎳的第一組的去除率。當Ni2+質量濃度為1 mg/L時COD的去除率最高為79.9%。當Ni2+質量濃度為2 mg/L時，COD的去除率不但沒有增加反而是最低的，說明過高的濃度對微生物體內的酶產生毒性，會抑制微生物的活性。

從圖7中可以看出，當Ni2+的質量濃度為1 mg/L時累積產甲烷量最多為64.5 mL，因此在一定程度上反應了此濃度更利于產甲烷菌的生長和活性的提高。四組投加了Ni2+的累積產甲烷量都高于沒有投加Ni2+的，說明Ni2+對微生物活性有促進作用。

從以上數據分析可知：當反應器中Ni2+質量濃度為1 mg/L時，微生物的活性最強，污水的凈化效果也最好。

2.4 鐵、鈷、鎳最佳濃度時的實驗結果

本次實驗在總結鐵、鈷、鎳3種微量元素的質量濃度為5、0.7、1 mg/L的基礎上，采取向反應器中投加3種元素的最佳濃度觀察其對微生物活性的影響。在最佳濃度的情況下，COD值隨時間變化曲線如圖8。

從圖8中可以看出從第2天開始COD的降解比較穩定，且整個周期COD的降解速度都很快。在濃度的情況下COD的去除率為88%，高于單因素實驗的去除率。產甲烷量穩定而且產氣量也比較高，說明在最佳濃度時鐵、鈷、鎳3種元素最大限度的促進了微生物的活性。

3 結論

在中溫厭氧發酵條件下，反應器中Fe2+質量濃度為5 mg/L，Co2+質量的濃度為0.7 mg/L，Ni2+的質量濃度為1 mg/L時，反應器中COD的去除率88%，大于各單因素實驗數據，說明此時，微生物活性最強。當Co2+的質量濃度＞0.7 mg/L，Ni2+的質量濃度＞1 mg/L，微生物的活性的活性下降，過高的濃度對微生物產生了毒性而抑制了微生物的生長。在反應器內加入適量的微量金屬元素，能提高基質降解率及產氣率。

[1]Wilkie A C.Anaerobic Digestion：Holistic Bioprocessing of An imal Manures[R].Proceedings of the Animal Residuals Man agement Conference，2000：1-12.

[2]Li Ya Xin.Stimulation effect of trace metals on anaerobic diges tion of Highsod-ium content substrate[J].Water Treatment，1995（10）：145-154.

[3]Speece.R E.工業廢水的厭氧生物技術[M].李亞新，譯.北京：國建筑工業出版杜，2001：228-258.

[4]李亞新.厭氧消化過程中甲烷菌的無機營養需求[J].中國沼氣，1996，14（1）：1-5.

[5]馮亮，吳靜，陸正禹.高溫厭氧顆粒污泥的培養試驗研究[J].中國沼氣，2003，21（3）：12-14.

[6]馬溪平.厭氧微生物學與污水處理[M].北京：化學工業出版社，2005：51-57.

[7]賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京：中國輕工業出版社，1998：536-543.

[8]劉念曾，齊惠敏，林大泉.精對苯二甲酸生產工藝的廢水處理[J].石油煉制與化工，1999，30（7）：49-53.

[9]馬占青，婁保鋒.有機廢水有效微生物處理試驗研究[J].環境污染與防治，2000，22（5）：6-9.

Effects of Trace Element Fe,Co,Ni on Anerobic Sludge Activity

LIU Zuo-xi，SU Hui-dong
（School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Liaoning Shenyang 110168，China）

The anerobic sludge was cultured with glucose，urea，potassium dihydrogen phosphate as nutrients for growth of anaerobic microbes to treat wastewater，the single factor experiment was carried out by directly injecting different concentrations of FeCl2，CoCl2，NiCl2solution into cultivating bottle.The results show that when the concentration of iron ion is 5 mg/L，dosage of cobalt ion is 0.7 mg/L，dosage of nickel ion is 1 mg/L，the COD removal efficiency of wastewater reaches 88%，total output of methane reaches 68 mL，it is proved that the process condition is better than the others and can improve degradation ability for organic matter.

Trace Element；Anaerobic Sludge；Bath Experiment；Methane

X703

A

1671-0460（2010）01-0108-04

2009-10-19

劉祚希（1983-），男，遼寧沈陽人，在讀研究生，2006年畢業于沈陽理工大學環境工程專業，目前從事于水處理填料研究工作。E-mail:cardwallet@yahoo.com.cn。