不同恒温条件厌氧发酵的沼气成分研究

高明艳

摘要：沼气学名甲烷（CH4），是各种有机物质在隔绝空气并在适宜的温度下，由微生物发酵产生的一种可燃气体，属于可再生能源。而沼气工程的开展也使得能源得到了重复利用，同时还减少了对于环境的污染，意义是非常重大的。而厌氧发酵是一种典型的利用废弃物发酵产生沼气的方式。

关键词：厌氧发酵；沼气成分；分析

1厌氧发酵工艺的原理

厌氧发酵主要是将微生物活动所产生的有机物分解为甲烷、二氧化碳以及水分。这种方式最大的优势在于不需要消耗过多能源，且对环境的污染程度要更小。通过这项技术可以将粪便、废弃物等进行统一处理和利用，获得环保的沼气燃料。而发酵后产生的废渣也可以利用于农业种植，形成资源的合理和循环利用，也符合现阶段我国可持续发展的要求。

2材料与方法

2.1试验材料

猪粪取自沈阳农业大学养猪场。猪粪总固体浓度（髑）为24.47%，挥发性固体浓度（VS）为75%。接种物取自正常运行的沈阳市郊区沼气池中的沼液。

2.2试验设计

研究采用一次进料，发酵周期为25d。设定每个发酵罐接种物量20%，TS为12%，pH值为7.0，多数沼气工程和农村户用沼气池属于常温厌氧发酵，因此本研究取常温和中温2个温度条件，分别为20℃和35℃，研究不同温度对猪粪沼气发酵后沼渣沼液中重金属形态的影响。每组试验设置3个重复，选用1000mL广口瓶，每组试验装置都由一个反应瓶、一个集气瓶和一个排水瓶组成；接种物取150mL，根据猪粪原料的含水率（75.53%），确定猪粪的量为368g，然后用蒸馏水定容至750mL，装料后用橡胶塞密封，并设有输气口，反应瓶和集气瓶用胶皮管连接后密封，以保证良好的厌氧环境；采用排水集气法，反应瓶置于恒温（20℃和35℃）水浴锅中。发酵过程中每天下午5：00测产气量，以确保反应正常进行。

2.3试验方法

发酵开始后每d监测产气量，以确保反应正常进行。1d后各组日产气便稳定上升，均达到30mL以上，直至第25天发酵系统运行稳定。运行结束后，取一定量沼渣，用去离子水洗涤2～3次，离心（3000r·min～，5min）后的沉淀物于40℃下干燥，所獲得的固体样品用于测定Cu，zn和Cr的形态。沼液和沼渣中Cu，Zn，Cr的含量采用ICP发射光谱分析法测定，用王水一高氯酸法消解；固体中Cu，Zn和Cr的形态分析采用BCR连续提取法；浸提液中各重金属含量采用原子吸收光谱仪测定。

3结果与分析

3.1温度对猪粪厌氧发酵沼渣沼液中重金属形态变化的影响

3.1.1温度对猪粪厌氧发酵沼渣沼液中重金属Cu形态变化的影响

发酵前接种物和猪粪中各形态Cu含量，以及经过25d厌氧发酵后，各形态Cu含量在沼渣沼液中的百分含量。20℃条件下总有效态Cu含量与发酵前（猪粪+接种物中）总有效态Cu含量相比明显降低，降幅为40.04%，而35cC条件下发酵后总有效态Cu含量有所升高，升幅为4.24%，可见20℃的厌氧发酵对总有效态Cu有明显消减作用。20℃条件下总残渣态Cu含量与发酵前相比明显降低，降幅为43.31%，35cC条件下总残渣态Cu含量明显降低，降幅为38.70%，20℃的厌氧发酵对总残渣态Cu的消减作用略优于35℃。20℃条件下，发酵后总效态Cu占发酵后Cu总含量的比例为24.91%，35℃条件下总有效态Cu的比例为31.91%，20℃发酵后重金属cu生物有效性较低。20℃条件下，发酵后总残渣态cu的比例为75.09%、35℃条件下总残渣态Cu的比例为68.09%。发酵结束后，20℃条件下总有效态比例为87.90%，35℃条件下总有效态Cu在沼液中的cu在沼液中的分配比例为12.10%，在沼渣中的分配分配比例为24.21%，在沼渣中的分配比例为75.69%。

3.1.2温度对猪粪厌氧发酵后沼渣及沼液中重金属Zn形态变化的影响

发酵前接种物和猪粪中各形态Zn含量，以及经过25d厌氧发酵后，各形态Zn含量及其百分含量。20℃条件下总有效态zn含量与发酵前（接种物+猪粪中）总有效态zn含量相比明显降低，降幅为23.47%，35℃条件下发酵后总有效态zn酵对总有效态zn消减作用优于20℃。20℃条件下总残渣态zn含量与发酵前相比明显降低，降幅为20.00%，35℃条件下总残渣态Zn含量明显降低，降幅为28.11%，35℃的厌氧发酵对总残渣态zn的消减作用略优于20℃。20℃条件下，发酵后总效态zn占发酵后zn总含量的比例为30.92%，35℃条件下总有效态zn的比例为100%，20℃发酵后重金属zn生物有效性较低。20℃条件下，发酵后总残渣态孙的比例为含量显著降低，降幅为68.13%，可见35℃的厌氧发触08%，35℃条件下总残渣态历的比例为74.02%。发酵结束后，20℃条件下总有效态压在沼液中的分配比例为11.13%，在沼渣中的分配比例为88.87%，35℃条件下总有效态孙在沼液中的分配比例为18.49%，在沼渣中的分配比例为81.51%。

3.1.3温度对猪粪厌氧发酵后沼渣及沼液中重金属Cr形态变化的影响

发酵前接种物和猪粪中各形态Cr含量，以及经过25d厌氧发酵后，各形态Cr含量及其百分含量。20℃发酵后总有机结合态Cr含量由发酵前（接种物+猪粪中）的0.01mg·kg。1升为O.11mg·kg～，35℃总有机结合态Cr含量升为O.69mg·kg～，这可能是由于发酵过程中，其他形态的Cr与有机物形成了稳定化合物的缘故。20℃23%，35℃的厌氧发酵对总残渣态cr的消减作用优条件下总有效态Cr含量与发酵前总有效态Cr含量于20℃。相比显著升高，升幅为110.71%，35℃条件下发酵20℃条件下，发酵后总效态Cr占发酵后Cr总后总有效态Cr含量极显著升高，升幅为275%，含量的比例为21.45%，35℃条件下总有效态Cr的比35℃条件下总有效态Cr升幅明显高于20℃。20℃例为37.91%，20℃发酵后重金属Cr生物有效性较低。条件下总残渣态cr含量有所降低，降幅为3.70%，20℃条件下发酵后，总残渣态cr的比例为78.55%，35℃条件下总残渣态Cr含量明显降低，降幅为30.35℃条件下总残渣态cr的比例为62.09%。发酵结束后，20℃条件下总有效态例为49.15%，35℃条件下总有效态cr在沼液中的分Cr在沼液中的分配比例为50.85%，在沼渣中的分配比配比例为12.38%，在沼渣中的分配比例为87.62%。

4 结语

通过研究不同温度对猪粪厌氧发酵沼渣沼液中重金属形态的影响，旨在为畜禽粪便重金属污染控制研究提供参考，并为指导农业生产和沼渣沼液的安全合理利用提供科学的理论数据。

参考文献：

[1]靳红梅，付广青，常志州.猪粪及奶牛粪中温厌氧发酵对cu和zn的影响[J].环境科学研究，2015，28（3）：474—480.

[2]马洁琼，朱洪光，范曼.厌氧发酵沼渣液重金属元素分布规律研究[J].安徽农业科学，2014，42（1）：193—196.

（作者单位：青岛天人环境股份有限公司）