有害制革固废和初沉污泥厌氧共降解：生物降解动力学和代谢产物分析

中。 每周结束 ， 分析每个 Ｖ 负载 Ｓ
瓶 和 对 应 对 照 实 验 瓶 中 的 各 种
的废物被混合 添加到 血清瓶 中 ， 使所有反应器 中初 始 Ｖ Ｓ负载分
布 于 １５ ３５ｇ范 围 ，如 表 ２所 ．— ．
示。
选 择 含 有 所 有 必 须 微 生 物 （ 解 ， 酵 ， 乙酸 和 产 甲烷 细 水 发 产
以提 高测试期 间生物量 的生长 。
用 排 水 法 在 ３５ｄ适 应 期 后 每 ２ 定 总产 气 量 。每 次 测定 产 ４ｈ测
酸 化 过 程 对 基 质 Ｃ Ｄ 降 解 的 效 Ｏ 用 。上 述 的大 部 分 指 标 已被 报 道
洗 涤 法测 定 存在 于气 体 中的总 甲烷 含 量 ， 用 无 菌 注 射 器 将 已 使 知 质 量气 体 注入 含有 强 氢氧 化
上 述指 标 。利 用 排水 法 检 测每 天
反应 器 的产气 量 。从 瓶 中排 除 的
水量 等 于测 试 温度 和气 压下 实 验期 间产生的气体体积。利用碱
和 气 体 成分 。关 于未 驯 化初 沉 生
活 污 泥 的 动 力 学 研 究 已 报 道 了
中 ， 此 不 需 要 另 外 添 加 营养 源 因
越重 要 。制 革 生产 过 程 中产 生 了
物 ，它们 在 自然 环境 中容易 腐
烂。
合适管理技术为 目的 ， 利用 实验 台式 反 应 器 （ 清 瓶 ） 究 厌 氧 血 研
消解 过 程 。采 用制 革 准 备 工段 灰
发展从废物中有效获得能源 的技 术 和 ， 工 艺极 其 重 要 。厌 或 氧消解 被 认为 是一 种将 有 机资 源 从 废 物 中 分 离 出 来 的 最 好 方 法之一 。厌氧消解技术能 以天然 气 的形式确保获得能源 ， 而天然 气相 对 于其 它传 统 固体或 液 体 燃料是一种清洁性燃料 。迄今为
止 ， 大 量 的 生 物 处 理 方 法 实 验 在
皮 去 肉得 到 的动物 组织 废 弃物 和 从 制 革 污 水 处 理 厂 获 得 的 初
沉 污 泥进 行 间歇 试 验 研究 。厌 氧
大量的固体和液体废弃物 。在印
消解在中温环境下进行 。间歇性 反应 器在 不 同初 始挥 发性 固体 浓 度 下 培 养 ８周 ， 而 测 定 挥 发 进
器 Ｒ 、 ２和 Ｒ １Ｒ ３中 Ｖ Ｓ降 解 和 累
中 ，并对产 甲烷 菌菌
落 进 行 计 数 。发 现 样 品 中 平 均 含 有 ２１ｘ ．
图 ５Ｒ 一Ｖ ３ Ｓ降解 和累计产气量 一随时间的变化
计产气量 的变化 。就添加的挥发 性 固 体 而 言 ， 比 产 气 量 分 布 在
图１ 是用于接种 的预消解样
４ ５
西 部 皮 革
第 ３ ４卷
在 实验 期 间 的第
八周 结 束 时 累计 产 气 量 为 ６１ ４ ｍ Ｌ，并 在 第 ３ ２ｄ
观 察 到 一个 产气 量峰值 （４ｍ ） ３ Ｌ 。 在 第 八 周 中气 体
的产 生 几乎 停 止 。
试 验 反 应 器
ｄ
图１ 荧光显示的产甲烷菌的落射荧光显微镜图像
采用样 品制备 、观察和摄像 存 档 的标 准程 序进 行 光学 显微
镜 研 究 （ 差 显 微 镜 和 落 射 荧 光 相 显微镜 ） 。利 用 改 进 的 纽 鲍 尔 计 数 池测 定 总 细胞 含 量 。
５２实验 的程序 和取 样 日程 ．
采 用 一 个 简单 的产 甲烷 活性 测 定 步 骤 。应 用 于该 间歇 实 验 的 灰 皮 去 肉废 物 、 沉 污 泥 和 接 种 初
０４ ９ ０６３ ／ Ｖ ｉ 间 。 ・ ．１ — ． ５Ｌｇ Ｓｎ之
试 验 反应 器 中 产生 的沼 气 中 甲烷 的含 量 如 表 ３所 示 。 比产气 量 和 所 获 得 的 沼 气 组 成 与 以前
１９ｅＬ ｓ ０ ｅＬ／ 的 生 物 ｍＬ
６结果和讨 论
６１显微 镜 观 察 ．
气量后 ， 手动 混合血清瓶 中的物 质 。记 录每 天产 气 量 。整 个 测 试
在 （０－３ ℃恒 温下 进 行 ８周 。 ３ ４ ） －
４２底 物 的制 备 ．
４实 验
４ １实验 装 置 ．
作为底物 的灰皮去肉废物用
绞 肉机 研 磨 成 直径 小 于 ６ｍ 按 ｍ， １： （ 于 ｗｗ） １基 ／ 比例 作 为 稀 释 剂
菌菌群 ） 的初 级消解 材料作为本 研究的接种物 。该接种物在实验 室 中用等 量的牛粪 、 皮去 肉废 灰
参数 。 由此 ， 构造对应 三种不 同 有 机 负 载 的测 试 组 反 应 器 和 对
应 对 照 组 （ 消 解 样 本 ） 反 应 预 的
器
由 于 底 物 来 源 于 动 物 组 织
测 试 反 应 器 Ｒ ３
（ Ｓ浓 度 为 ２ ． Ｖ ６７ ｇＬ 的 累计 产 气 ／） 量 为 １６ ， ８０ｍＬ 并 在第 ４ ６天 观 察 到
图 ３Ｒ１ Ｓ降解和累计产气量 随时间的变化 一Ｖ 图 ４Ｒ 一Ｖ ２ ｓ降解和累计产气量随时间的变化
一
个 产 气 量 峰 值
钾溶 液的排液体系 中 ， 沼气 混 合 物 中 的 甲烷 含 量 由碱 液 排 除 体 积 除 以 注 入 沼 气 的 已 知 量 所 确
定。 ５１显 微镜 检 验 ．
可 以适 合 测 定 有机 负 载率 对 于
有 机 基 质 生 物 转 化 的影 响 ， 因 此 ， 些 参 数 在 本 研 究 中被 选 用 这 作 为 评 估 基 质分 解 的指 标 。
１前 言
在 工业 过 程 的不 同阶段 会 产
度 ， 革 厂每 天有 ８０ｔ 制 ０ 固废 和 ５
千万升废水产生 。据观察产生的
废 物 中 有 ６ ％～ ５ ０ ６ ％主 要 是 有 机
２规模
以考 查 制革 工 业 产生 固废 的
生各种不 同组成 和质量 的废物 ， 特 别是 当局 制定 了严 格 的环境 污 染 控 制 标 准 后 ， 些 废 物 的处 这 理变得越来越困难 。随着传统能 源 资源 的快速消耗 ， 从废物 中获 得替代性 ， 尤其是可再生能 源的 需求 对 于可持 续 发展 变 得越来
量。 该计数说明 ， 预消 解样 品 中的 活性 产 甲烷菌 生物 量对于间歇试验研究是充足的。
６２产气 量 ．
文献报道的趋势相一致 。图 ６和 图７ 分别 显示了反应器 Ｒ 中观 １ 察 到的 随时 间 的产气 量 对数 点 和的 日产气量 。
６３间歇 式 反 应器 中 Ｖ ． Ｓ的 降解 在 固废 厌 氧 消 解 过 程 中 ， 沼
性固体浓度对沼气产量 的影响。
中厌氧消解 明显具有 若干优势 ，
第一作 者简介 ：郑力文 皮革化学与工程
３工艺参数
一
专业 ， 在校研究生 ， 研究方 向： 皮革复合污
染物 化学 。Ｅ ｍ ｉ ｚｅ ｇｉ ｅ ５ ６ ６ ． — ａ ： ｎ Ｌ ｎ １＠１３ ｌｈ ｗ
Ｃｏ ｍ
如低 能耗 、 污泥 产率 、 营养 低 低 需求 ， 并能在相对较短 水力停 留 时间下具有高的有机负荷率 。
５分 析
总 固 体 （ ｓ ，挥 发 性 固 体 Ｔ）
（ ） 挥 发 性 脂 肪 酸 （ Ｆ 根 ＶＳ 和 Ｖ Ａ）
表 ２添加的灰皮 去肉废物 、 初沉污泥和接种物质量及反应器 中的初始 Ｖ Ｓ浓度
据 水 和 废 水 检 验 标 准 方 法
（ Ｐ Ａ １９ ） Ａ Ｈ ９ ８ 所建议 的步骤进行 测 定 。 ８周 内定期 检 测 实 验 瓶 的
（５ Ｌ） 随 着初 １０ｍ 。 尔 池 测 定初 级 消 解 样 品 中 的 总 甲烷 菌 生 物
量 。同样 的样本 被接
种 于严格厌氧环 境下
的 单 一 产 甲 烷 基 质
始 Ｖ 浓度 的增加 ，观察 到产气 Ｓ 高峰期有一个逐步转变 。 图 ３ ５分别 显 示 了三个 反 应 —
３ 第 ６期 ４卷
２１ ０ ２年 ３月
西
部
皮
革
Ｖｏ ．４ Ｎｏ６ １ ． ３
Ｍａ ．０１ ｒ２ ２
Ｗ ＥＳ ＴＬＥ ＡＴＨＥＲ
有害制革固废 和初沉污泥厌氧 共降解 生物 降解 动力学和代谢产物分析
Ａ Ｔ ａｇｍａｉ ＆ Ｓ ｓｅａ Ｒ ｊｋ ｍ ｒ ＆ Ｒ． Ａ Ｒ ｍａｕａ ． ｈｎ ａ ｎ ｕｅｌ ａａｕ ａ ． ａ ｎｊｍ
４３接 废 物 的 质 量 测 定 的 底 物 组成 后 ， 加 的 添 每 种 挥 发 性 有 机 负 荷 到 ８个 瓶
包 含 有混 合 废 物 的 已知 量 的 底 物 被 接 人 血 清 瓶 （ 效 体 积 有
７ 、０ １０和 １ ０ｍ 中 。适 量 ０９ 、１ ３ Ｌ）
物 的 组成 如 下 表 １ 述 。 所
添加 来 自制 革 污水 处 理 厂 的初 沉 污泥 ， 使浸灰 去 肉废物悬 浮于 液 体 中 ， 达 到作 为 营 养 底 物 所 并 需 的理想 的流 动性 水 平 。初 沉 污 泥 也 作为 厌 氧 消化 过程 中所需 的各种微生物菌源 。
图 ２累计产气量
Ｒ （ Ｓ 浓 度 为 ２ Ｖ 聃蝴啪啪｛１ 黜啪榭榭 ； 计 馓啪眦娜隧ｍ 毫． ｇ ）的 累 ２ ／ ２ Ｌ
量 蠢 藿聂 棼雹簟 攀 ０ Ｉ ｌ
产 气 量 为 １８ ４４
篱 ｌ
馨ｌ ■ 畦 器
§
０
ｍ ，并在 第 ３ Ｌ ５ｄ 观 察 到 产气 量 峰 值 （３ Ｌ）同 时 １３ｍ ，
郑力 文
译
李彦春
校
（ 山东轻工业学 院化学与制药工程学 院， 山东 济南 ２ ０５ ） ５ ３３
摘 要： 固废 的产生是制 革生产过程 由皮到 革的 内在性 质决定 的。 在制革过 程的各 个工序都会 产 生不 同
量和种类的固 。 肉 废 去 废物是一种在皮革生产过程 中产生的动物组织废弃物， 相比于制革生产过程中其 它类型的 固废 其 生成量 较 大。 肉废物主要 包括 脂肪、 白质 以及 用于鞣前准备脱 毛处理 的石灰和硫化 去 蛋 物的残留化学品。 在制革工业中需要安全处理的另一类固废是从制革废水处理厂产生的初沉污泥。 本研 究表 明去 肉 废物和初沉污泥中 都含有大量适于生物降解的挥发性固体。研究了不同比例的去肉废物和 初沉 污泥废料 的厌 氧 消解过程 ， 该研 究在 一个 实验 室规模 的反应 器 中进行 ， 开发一 个能从废 物 中获 以期 得生物能源并能确保废物得到安全处理的合适技术。处理的挥发性固废在 ４％～２ １ ５％之间， 每克挥发性 固废产 气量在 ０ １～ ． ５Ｌ 间 ， ． ９０６ 之 ４ ３ 甲烷含 量达 到 ７ ％～ ７ １ ７ ％。此 外 ， 检测 了动物 去 肉废 物生物 制 沼气 还 的可能性和反应过程 中的底物消耗动力学特征。 关键 词 ： 消 解 ； 氧消解 ； 共 厌 动物 去 肉废物 ； 力学 ； 沉污 泥 动 初
懑 ； 霆ｌ霎
表 １ 于间歇实验 的灰皮去 肉废物 、 用 初沉污泥和接种物组成
物和 初 沉 污泥 合 成 。在 产气 停 止 后 ， 用 已知 质 量 的 乙 酸 钠 作 为 利
产 气底 物 测试 初 级 消解 物质 的 活 性 ， 后 利 用 消 解 残 留物 作 为 然
本 研 究 的接 种 物 。
些常用的厌氧过程参数包
括 ｐ 化 学 需 氧 量 （ Ｏ 减 少 Ｈ、 Ｃ Ｄ） 量、 挥发性 固体 （ Ｓ 减少 量 、 Ｖ） 挥
发 性 脂 肪 酸 （ Ｆ 浓 度 、 气 量 Ｖ Ａ） 产
第６ 期
郑 文 译：害 革固 和 污 厌 共降 生 降 动 学 代 产 分 力 编 有 制 废 初沉 泥 氧 解： 物 解 力 和 谢 物 析