含固率和接种比对猪粪中温厌氧消化特性的影响**

徐文倩，董红敏，陈永杏，尚 斌，陶秀萍，张万钦

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081）

含固率和接种比对猪粪中温厌氧消化特性的影响**

徐文倩，董红敏，陈永杏，尚 斌，陶秀萍**，张万钦

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081）

利用全自动甲烷潜力测试仪（AMPTSII），通过猪粪中温批式厌氧发酵试验，比较了不同含固率（4%、6%、8%）和接种比（rI/S=1.5、2.0、3.0）对猪粪产气特性的联合影响。结果表明，含固率和接种比对产气速率及累积甲烷产量均有显著影响，且含固率对厌氧消化产气特性的影响大于接种比。在试验研究参数范围内,单位底物累积甲烷产量随接种比的增加而增大，随含固率的提高呈现先增加后减小的趋势，在含固率为6%，接种比为3时，获得最大累积沼气产量和甲烷产量，分别为469.1mL·g-1VS和333.2mL·g-1VS。在本试验研究条件下，含固率越低，接种比越高，越有利于提高日平均产甲烷速率，缩短反应迟滞期。动力学模型参数表明，First-order模型较修正的Gompertz模型能更好地模拟猪粪厌氧发酵产甲烷规律，且在一定程度上，接种比例越大，含固率越高，First-order模型对试验数据的拟合精度越高。

猪粪；厌氧发酵；含固率；甲烷潜力；接种比；动力学

随着畜牧养殖规模的扩大和集约化程度的提高，畜禽粪便资源量大幅增加。据估算，全国每年产生畜禽粪污38亿t，畜禽粪污已成为当前农业面源污染的最主要来源[1]。因此，如何科学有效地处理利用猪场粪便污水，控制环境污染和粪便管理过程中产生的甲烷等温室气体排放应当成为主要研究课题[2]。厌氧消化作为一种有效的粪污处理技术，不仅能有效实现对畜禽粪便的减量化，而且可以提供清洁能源[3]。截至2012年底，中国大中型沼气工程约1.5万处，其中猪粪沼气工程1.28万处，目前建设的大中型畜禽养殖场沼气工程以猪场沼气工程最多，占比90%左右[4]。

含固率和接种比均为影响厌氧消化工艺效率的关键参数，两者交互影响着厌氧消化过程[5]。受底物性质、接种物来源及产甲烷活性和抑制物浓度等因素影响，研究获得的最优接种比存在很大差异[6-7]；不同底物的水解速率和水解产物不同，也会导致含固率对厌氧消化进程的影响有所不同；并且，现有文献大多是针对单一因素对厌氧消化的影响[8]，对于多种因素交互影响的研究则鲜有报道[9]。

因此，本文利用全自动甲烷潜力测试系统（AMPTSII），通过猪粪中温厌氧消化试验，研究含固率和接种比对厌氧消化特性的影响并进行动力学分析，以期优化猪粪中温厌氧消化工艺参数，为猪场沼气工程控制参数选择提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用新鲜猪粪取自北京市顺义区某规模化猪场，送回实验室后，对猪粪基本特性进行检测，剩余材料保存在4℃恒温冰箱中备用。接种污泥取自该猪场常年正常运行的中温沼气工程发酵罐。接种污泥取回后，37±0.5℃下中温培养，利用 AMPTSII的产气体积监测单元观察产气情况，培养一周后至不再产气以减小背景产甲烷量，将其用作试验接种物。猪粪和接种污泥的理化性质如表1所示。

表1 试验猪粪及接种污泥特性Table 1 Characteristics of swine manure and inoculated sludge used in the experiment

1.2 试验装置

全自动甲烷潜力测试系统（AMPTSII，Bioprocess Control AB，瑞典）由样品消化单元、CO2固定单元和气体体积测定单元3部分组成（图1）。样品消化单元包括15个500mL玻璃发酵瓶，有效容积为400mL，用恒温水浴锅对发酵温度进行控制。CO2固定单元包括15个100mL小玻璃瓶，每个小瓶可装入一定量碱性溶液，以吸收厌氧消化单元产生的CO2、H2S等酸性气体，仅使CH4通过该单元。由于本试验中气体成分利用气相色谱法测定，不需要用CO2固定单元吸收气体，所以小玻璃瓶内不装溶液，仅起缓冲作用。气体体积测定单元根据液体位移与浮力原理设计，用于记录、显示和分析结果。

图1 甲烷潜力测试系统（AMPTSII）装置图Fig. 1 Automatic methane potential test system（AMPTSII）

1.3 试验设计和运行

试验设置3种TS浓度4%、6%、8%和3种接种比rI/S（接种污泥VS:猪粪VS）1.5、2.0、3.0。

如表2所示。根据试验设定的总固体浓度和接种比，分别在不同发酵瓶中加入对应含量的猪粪和接种污泥，用去离子水补充至400mL，用离子水与接种污泥混合液作空白处理，即CK处理。每组设置3个重复。物料装进反应瓶后将瓶口用橡胶塞封住，连接机械搅拌，并将试验各单元用聚乙烯软管连接。反应温度控制在37±0.5℃。试验开始前，通氮气2min以除去液面上方空气，制造厌氧环境。每间隔1h搅拌一次，每次搅拌时长为5 min。本试验意在探究含固率和接种比对猪粪中温厌氧消化的影响，因此选择在第21天停止试验，此时，不同含固率和接种比对整个体系产气特性的影响已经显现。

表2 试验工况表Table 2 Experimental conditions

1.4 样品测试与数据分析

1.4.1 检测样品和方法

总固体（TS）、挥发性固体（VS）分别采用烘干法和灼烧减重法测定[10]，测定温度分别为 105℃和550℃；pH用数字pH计测定；化学需氧量( CODcr) 采用 HACHCOD快速测定方法测定；生物需氧量( BOD5)利用OxiTop IS6 ( WTW，Germany) 测定；猪粪C、H、O、N含量用元素分析仪（PE-2400II）测定；气体成分用HP6890气相色谱仪测定；VFA利用GC-14B气相色谱仪(SHIMADZU, Japan)测定；氨氮利用蒸馏滴定法测定[11]；沼气总产气量及日产气量由AMPTSII的气体体积测定单元记录。

1.4.2 采样及数据处理

为避免试验初始通入氮气对发酵瓶内沼气成分检测结果的影响，从第 2天开始，每天定时对各反应器产生的沼气采5mL样品，利用气相色谱检测样本中的气体成分（CH4、CO2、N2O）。每两天从发酵瓶中取液体样5mL，用于检测pH、氨氮和挥发性脂肪酸（VFAs）含量。同时，试验前和试验结束后采样对发酵液特性进行检测。沼气总产气量及日产气量由AMPTSII记录。发酵瓶中沼气总产气量减去CK处理的沼气产量即为猪粪厌氧消化的实际沼气产量。根据获得的沼气日产量及甲烷浓度计算甲烷产量，减去CK处理的甲烷产量获得日净甲烷产量，将日净甲烷产量逐天累加再除以发酵瓶中添加猪粪的VS量即为猪粪的单位累积甲烷产量。

所有数据均取重复试验的平均值作为最终结果进行分析计算。数据计算处理用Excel 2016进行，图表制作利用SigmaPlot 12.5。利用一级动力学模型和修正的Gompertz模型进行动力学分析。

2 结果与分析

2.1 含固率和接种比对沼气产量的影响

由图 2可见，不同含固率和接种比下各处理日沼气产量呈现相似的变化规律，均表现为试验开始后产气量逐渐增加，至达到峰值后又逐渐减少的过程。由表 3可知，日最大产沼气速率在 62.2～105.4mL·g-1VS·d-1。产气量呈现随接种比增加而降低，随含固率增加而增加的趋势，主要是由于接种比增加和含固率降低使底物VS含量下降而引起。在接种比相同的条件下，TS=4%时，累积沼气产量最小，且从第8天开始日产气量小于20mL·d-1，产气接近停止，这是由于在相同接种比情况下TS=4%总固体含量最低，在厌氧微生物活跃的条件下很快完全降解。TS=6%、8%时，因总固体含量相对较高，第1日沼气产量迅速升高，图2显示，第5天开始，日产气量迅速下降，第 15-20天才能达到日产气量小于20mL·d-1，完成降解的时间较TS=4%时要长。表3显示，rI/S=2.0、3.0时，累积沼气随含固率的增加呈现先增加后减小的趋势。且所有处理中在TS=6%，rI/S=3.0时获得最大沼气产率，为469.1mL·g-1VS，且显著高于其它各处理（P＜0.05）。其它各处理的单位底物累积沼气产量在329.7～465.8 mL·g-1VS。在接种比相同的条件下，随着含固率的提高，日最大产沼气速率先增加后减小，且出现时间略滞后。

表3 试验期间各处理组单位底物的沼气产出量比较Table 3 Comparison of daily biogas production per substrate during the whole operation time

图2 日沼气产量随发酵时间的变化过程Fig. 2 Variation of daily biogas production with the operation days

含固率一定时，3个处理T1、T2、T3分别在第3、2、2天时出现产气峰值，为80.32、75.07、77.55 mL·g-1VS·d-1；T4、T5、T6分别在第3、3、2天时出现产气峰值，为80.69、94.68、105.41mL·g-1VS·d-1；T7、T8、T9分别在第4、3、1天时出现产气峰值，为62.18、66.52、75.44mL·g-1VS·d-1，同样，在TS=6%，rI/S=3.0时获得最大峰值，且显著高于其它各处理（P ＜0.05）。可见，随着接种比rI/S的提高，沼气日产气量峰值逐渐提高，产气峰值到达时间提前。综上可见，提高厌氧发酵接种比，有利于产气峰值提前出现，通过计算可知，各处理组中累积沼气产量达到总沼气产量的90%所用时间为6～12d，且总沼气产量随着接种比的提高，含固率的降低而减小。而累积沼气产量达到总沼气产量的 90%所用时间通常被认为是工程发酵时间，可见，一定程度上，随着接种比例的提高，含固率的降低，可以降低发酵的实际周期。

2.2 含固率和接种比对甲烷产量的影响

图 3描述了中温条件下猪粪在不同含固率和接种比下累积甲烷产量随时间的变化趋势。在产甲烷稳定期，各处理组沼气中甲烷含量在 50%～75%。从图3可以看出，接种比一定时，累积甲烷产量随含固率的增加呈现先增加后减小的趋势，而在含固率一定时，累积甲烷产量随接种比的增加而增加，猪粪厌氧发酵需要有充足的接种物，这与Lawal等研究结果一致[12-13]。在TS=6%，rI/S=3.0时甲烷产量最大，为 333.2mL·g-1VS，且显著高于其它各处理（P＜0.05）。

根据不同处理下的累积甲烷产量，计算其平均值I，由I值计算同一影响因素不同处理水平时最大累积净产甲烷量变化的极值R，用以表征该影响因素的变化给最大累积净产甲烷量带来变化的大小[14]。经计算，TS=4%、6%、8%不同含固率下其平均值I分别为260.55、307.97、276.22mL·g-1VS，rI/S=1.5、2.0、3.0不同接种比下其平均值I分别为268.94、282.41、293.40mL·g-1VS，可见，TS=6%，rI/S=3.0时为最优处理。仅考虑含固率影响时，各处理累积甲烷产量则表现为I6%＞I8%＞I4%，即体系产甲烷能力随含固率的升高先增加后减小；仅考虑接种比时，I3.0＞I2.0＞I1.5，即体系产甲烷能力随接种比增加而增大。仅考虑含固率影响时，计算得到R1=24.16，仅考虑接种比影响时，计算得到R2=12.25，R1＞R2，表明含固率对累积甲烷产量的影响力大于接种比。

对猪粪进行元素分析得到C、H、O、N四种元素含量，根据元素分析结果可知猪粪的化学组成为C117H210O98N13S1。通过Buswell[15]热力学公式计算的猪粪理论甲烷产量为449.1mL·g-1VS。经过21d的厌氧消化，本研究中猪粪在各处理下的甲烷产量在259.4～333.2mL·g-1VS，比计算值偏低。这是由于猪粪中一些可挥发性有机物实质上是微生物难以降解的有机化合物，微生物对其利用效率比较低所致[16]。同时，发酵过程中对发酵瓶中混合物取样也会导致产气量减少。

图3 累积甲烷产量随时间变化曲线Fig. 3 Variation of accumulated methane yields with the operation time

2.3 含固率和接种比对厌氧发酵液特性的影响

发酵结束后，测定各处理组发酵液的pH值及氨氮（NH4+-N）含量，结果如表4所示。由表4可以看出，经过厌氧发酵后，各处理组发酵液的pH都有所升高，但均处于厌氧微生物生长的适宜范围内。发酵液中氨氮浓度在接种比一定时，随着含固率的增加而增加。McCarthy等[17]指出，在中温条件下，氨氮对厌氧消化过程的抑制浓度为 3000mg·L-1，本研究中各处理组均未达到引起氨氮抑制的阈值，这表明本研究中猪粪厌氧消化系统的稳定性基本不会产生氨氮抑制现象。所有处理组中猪粪厌氧发酵对TS、VS都有一定去除作用，且去除率随含固率及接种比的升高而降低。

表4 不同处理组猪粪厌氧发酵前混合底物和发酵后沼液的特性Table 4 The characteristics of the mixture of influent and effluent in anaerobic digestion of swine manure

2.4 含固率和接种比对猪粪厌氧消化产甲烷潜力的影响及其动力学分析

利用一级动力学模型和修正的 Gompertz模型[18-19]分别对甲烷产出过程进行曲线拟合，确定不同处理条件下甲烷产出过程的动力学常数，模拟发酵的动态过程，判断发酵的迟滞期以及定量分析发酵底物的产甲烷潜能。

一级的动力学模型为

式中，M(t)为t时刻的甲烷累积产量(mL·g-1VS)；Mmax为最终产甲烷潜力(mL·g-1VS)；t为试验时间（d）；k为反应动力学常数。

修正的Gompertz模型为

式中，M (t)为t时刻的甲烷累积产量(mL·g-1VS)；Mmax为最终产甲烷潜力(mL·g-1VS)；Rmax为最大产甲烷速率(mL·g-1VS·d-1)；λ为迟滞期(d)；t为发酵时间（d）；e为常数（2.7183）。

First-order方程是较基础的甲烷产气曲线拟合方程，由一级反应速率微分方程变化而来，可用于拟合常规甲烷产气曲线（曲线无长迟缓期、无阶梯型波动、无下降），参数拟合结果为M(t)与一级动力学常数k。该模型具有形式简单、易计算的优点，但对于复杂曲线拟合表现差、拟合结果精确度低。Gompertz方程更为复杂，可以对有轻微波动、下降以及有迟缓期的产气曲线进行拟合，参数拟合结果为产气速率Rm、迟滞时间λ和M(t)。

图4为9个处理组猪粪厌氧发酵的累积产甲烷曲线，包括用经典的 First-order模型，以及修正的Gompertz模型对各发酵物料的累积产甲烷曲线的拟合曲线。从图中可以看出，First-order模型对猪粪产气曲线的拟合精度要高于Gompertz模型。

两种模型给出的拟合结果如表 5所示。由表可见，两种模型对于不同处理组下的产甲烷过程拟合的决定系数（R2）均大于0.9，说明两种模型均能较好地反映各处理组猪粪厌氧发酵产甲烷规律。但First-order方程的R2大于Gompertz模型，表明First-order方程对产气曲线拟合的精度更高。两种模型对各处理组的最终产甲烷潜力（biochemical methane potential, BMP）拟合值随接种比例的增加而增加，随含固率的提高呈现先增加后减小的趋势，两组拟合值均在TS=6%，rI/S=3.0时取得最大值，分别为 328.6mL·g-1VS 和318.6mL·g-1VS。由表还可见，各处理产甲烷速率随含固率的增加而降低。

图4 各处理组实测累积产甲烷曲线及First-order、修正的Gompertz模型拟合的累积产甲烷曲线Fig. 4 Accumulated methane yields curves obtained from experiment and fitted by First-order and Gompertz model

表5 First-order和修正的Gompertz修正方程的模拟参数Table 5 The model parameters of the first-order kinetic model and modified Gompertz model

3 结论与讨论

由试验结果可知，含固率和接种比对猪粪厌氧消化产气特性影响较大，含固率过低，则产气速率越低，不利于沼气生产；含固率越高，易导致产甲烷抑制现象出现，同样不利于厌氧发酵的进行。而接种比越高，体系消耗VFAs（挥发性脂肪酸）的能力增强，能更快解除抑制，使反应得以顺利进行。含固率和接种比均为影响厌氧消化的关键参数，并且交互影响整个厌氧消化过程。本试验研究范围内，接种比越高产甲烷能力越强，而随着含固率的提高，产甲烷能力先增大后减小，在TS=6%，rI/S=3.0时获得最大累积甲烷产量为333.2 mL·g-1VS，并且显著高于其它各处理组（P<0.05）。陈欣等[20]研究了固体浓度对猪粪厌氧消化甲烷产出特性的影响，同样在TS=6%时获得最大甲烷产率，这与本研究结果相一致。同时，提高接种比，使沼气日产气量峰值逐渐增大，产气峰值到达时间提前。因此，在一定范围内，提高接种比例，可以降低发酵的实际周期。

在本试验中，接种比一定时，累积甲烷产量随含固率的增加呈现先增加后减小的趋势，而在含固率一定时，累积甲烷产量随接种比的增加而增加。通过计算可知，含固率对产甲烷能力的影响大于接种比，原因在于含固率能同时影响厌氧消化过程中氨氮和VFAs的含量，因而对系统产甲烷能力的影响更大。也有研究证明，在相同接种比例下，接种物类型不同，其反应启动速度、有机物降解率及产气量也有显著差异[21-22]，因此本试验结果还有一定局限性，下一步将作深入研究。

First-order模型较Gompertz模型能更好地模拟猪粪厌氧发酵产甲烷规律，R2均在0.99以上。一定程度上，接种比例越大，含固率越高，First-order模型对试验数据的拟合精度越高。

References

[1]农业部新闻办公室.瞄准五类废弃物实现农业资源循环利用[OL].http://www.moa.gov.cn/zwllm/zwdt/201609/t20160928_5294748. htm,2016-09-28. Ministry of Agriculture Press Office.Aimed at five types of waste to achieve agricultural resources recycling[OL]. http:// www.moa.gov.cn/zwllm/zwdt/201609/t20160928_5294748.ht m,2016-09-28.(in Chinese)

[2]张路寒,韩冶.浅谈畜禽粪便污染的危害与处理[J].中国畜禽种业,2010,(6):40-41. Zhang L H,Han Y.Hazards and treatments techniques of the dejecta of domestic animal and poultry[J].The Chinese Livestock and Poultry Breeding,2010,(6):40-41.(in Chinese)

[3]Nasir I M,Mohd Ghazi T I,Omar R.Anaerobic digestion technology in livestock manure treatment for biogas production:a review[J].Engineering in Life Sciences, 2012, 2(3): 258-269.

[4]祝其丽,李清,胡启春,等.猪场清粪方式调查与沼气工程适用性分析[J].中国沼气,2011,29(1):26-47. Zhu Q L,Li Q,Hu Q C,et al.Investigation and analysis of animal manure collection methods on pig farms and their applicability to the anaerobic digestion[J].China Biogas, 2011, 29(1):26-47.(in Chinese)

[5]何品晶,胡洁,吕凡,等.含固率和接种比对叶菜类蔬菜垃圾厌氧消化的影响[J].中国环境科学,2014,34(1):207-212. He P J,Hu J,Lv F,et al.Influence of total solid content and inoculum-to-substrate ratio on anaerobic digestion of leaf vegetable waste[J].China Environmental Science, 2014, 34(1): 207-212.(in Chinese)

[6]Lim S J,Fox P.Biochemical methane potential (BMP) test for thickened sludge using anaerobic granular sludge at different inoculum/substrate ratios[J].Biotechnology and Bioprocess Engineering,2013,18(2):306-312.

[7]Pellera F M,Gidarakos E.Effect of substrate to inoculum ratio and inoculum type on the biochemical methane potential of solid agroindustrial waste[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2016,4(3):3217-3229.

[8]史金才,廖新俤,吴银宝. 4种畜禽粪便厌氧发酵产甲烷特性研究[J].中国生态农业学报,2010,18(3):632-636. Shi J C,Liao X D,Wu Y B.Methane generation during anaerobic fermentation of four livestock slurries[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2010,18(3):632-636.(in Chinese)

[9]Alzate M E,Muñoz R,Rogalla F,et al.Biochemical methane potential of microalgae:influence of substrate to inoculum ratio, biomass concentration and pretreatment[J]. Bioresource Technology,2012,123:488-494.

[10]林聪,周孟津,张榕林.养殖场沼气工程实用技术[M].北京:化学工业出版社,2010:7-15. Lin C,Zhou M J,Zhang R L.Biogas engineering practical technique for breeding farm[M].Beijing:Chemical Industry Press,2010:7-15.(in Chinese)

[11]中华人民共和国环境保护部.HJ537-2009 水质-氨氮的测定蒸馏-中和滴定法[S].北京:中国环境科学出版社出版, 2009. Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China.HJ537-2009 water quality-determination of ammonia nitrogen-distillation-neutralization titration[S]. Beijing: China Environmental Press,2009.(in Chinese)

[12]Lawal A A,Dzivama A U,Wasinda M K.Effect of inoculumto substrate ratio on biogas production of sheep paunch manure[J].Research in Agricultural Engineering, 2016,62(1): 8-14.

[13]Rodriguez-Chiang L M,Dahl O P.Effect of inoculum to substrate ratio on the methane potential of microcrystalline cellulose production wastewater[J].Bioresources, 2014,10(1): 898-911.

[14]徐颂,吴铎,吕凡,等.含固率和接种比对林可霉素菌渣厌氧消化的影响[J].中国环境科学,2010,30(3):362-368. Xu S,Wu D,Lv F,et al.Influence of total solid content and ratio of inoculum to substrate on anaerobic digestion of lincomycin biowaste[J].China Environmental Science,2010, 30(3):362-368.(in Chinese)

[15]Buswell A M,Mueller H F.Mechanism of methane fermentation[J].Industrial and Engineering Chemistry, 1952, 44(3):550-552.

[16]孙辰,刘荣厚,曹卫星.猪粪和水牛粪厌氧消化产甲烷潜力的研究[J].中国沼气,2014,32(1):49-52. Sun C,Liu R H,Cao W X.Methane production potential of pig manure and buffalo manure in Jiangxi Province[J].China Biogas,2014,32(1):49-52.(in Chinese)

[17]McCarthy P.Anaerobic waste treatment fundamentals(part III):toxic materials and their control[J].Public Works, 1964, 95:91-94.

[18]Boulanger A,Pinet E,Bouix M,et al.Effect of inoculum to substrate ratio(I/S) on municipal solid waste anaerobic degradation kinetics and potential[J].Waste Management, 2012,32(12):2258-2265.

[19]Strömberg S,Nistor M,Liu J.Early prediction of biochemical methane potential through statistical and kinetic modelling of initial gas production[J].Bioresource Technology, 2015, 176: 233-241.

[20]陈欣,涂德浴,隋倩雯,等.固体浓度对猪粪厌氧消化甲烷产出特性的影响[J].中国农业气象,2014,35(2):149-155. Chen X,Tu D Y,Sui Q W,et al.Influence of solid concentration on methane output of anaerobic digestion of swine manure[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2014, 35(2): 149-155.(in Chinese)

[21]张翔,余建峰,刘金盾,等.不同接种物对牛粪高温厌氧发酵的影响[J].广西师范大学学报(自然科学版),2007, 25(1):78-81. Zhang X,Yu J F,Liu J D,et al.Influence of different inoculum on the thermophilic fermentation in cow dung[J].Journal of Guangxi Normal University(Natural Science Edition),2007, 25(1) :78-81.(in Chinese)

[22]张婷,杨立,王永泽,等.不同接种物厌氧发酵产沼气效果的比较[J].能源工程,2008,15(4):30-33. Zhang T,Yang L,Wang Y Z,et al.Comparison of different inoculum in anaerobic fermentation to produce biogas[J]. Energy Engineering,2008,15(4):30-33.(in Chinese)

Effects of Total Solids Content and Inoculation Ratio on Anaerobic Digestion of Swine Manure

XU Wen-qian, DONG Hong-min, CHEN Yong-xing, SHANG Bin, TAO Xiu-ping, ZHANG Wan-qin
（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Energy Conservation & Waste Management of Agricultural Structures, Ministry of Agriculture, Beijing 100081，China）

In order to investigate the effects of different total solids content（4%, 6%, 8%）and inoculation ratio （rI/S=1.5, 2.0, 3.0）on the mesophilic anaerobic digestion of swine manure, batch experiments were conducted using the Automatic Methane Potential Test System. Results showed that total solids content and inoculation ratio had a significant effect on daily and accumulated biogas production, and total solids content played a much more role than inoculation ratio. On the basis of the experimental parameters, the cumulative methane yield increases with the increase of the inoculation ratio, while with the increase of total solids content decreases after increasing first. The highest cumulative biogas yield and methane yield (469.1mL·g-1VS and 333.2mL·g-1VS) was achieved with total solids content of 6% and rI/Sof 3.0. In addition, the kinetic model shows that the lower total solids content and the higher inoculation ratio increased the average daily methane production rate and shortened the lag phase of methanogenesis. The first-order kinetic model showed a better fit to the experimental results than the modified Gompertz model, and to a certain extent, the fit accuracy was improved with the increase in total solids content and inoculum rate.

Swine manure; Anaerobic digestion; Total solids content; Biochemical methane potential; Inoculation ratio; Kinetic

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.05.003

徐文倩,董红敏,陈永杏,等.含固率和接种比对猪粪中温厌氧消化特性的影响[J].中国农业气象,2017,38(5):292-300

2016-12-20**

。E-mail：taoxiuping@caas.cn

国家重点基础研究发展“973”计划（2012CB417104）；农业部948项目（2016-X50）

徐文倩（1989-），女，硕士生，研究方向为农业生物环境工程。E-mail:xuwenqian0505@126.com