三種添加劑對(duì)豬糞厭氧干發(fā)酵的影響

李丹妮，張克強(qiáng)，梁軍鋒，高文萱，孔德望，杜連柱*

（1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191；2.杭州能源環(huán)境工程有限公司，杭州 310020）

近年來，我國畜牧業(yè)發(fā)展迅速，伴隨著規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量和比例不斷增加，畜禽養(yǎng)殖糞污污染逐漸成為焦點(diǎn)問題。據(jù)2017年統(tǒng)計(jì)，我國畜禽養(yǎng)殖糞污年產(chǎn)生量約38億t，而且資源化利用率低、污染嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)安全和畜牧業(yè)健康綠色發(fā)展造成嚴(yán)重威脅[1]。厭氧發(fā)酵具有能源化作用，沼液和沼渣作為肥料還田利用，是畜禽養(yǎng)殖糞污處理和利用的主要技術(shù)之一。

與傳統(tǒng)的濕式厭氧發(fā)酵相比，厭氧干發(fā)酵具有能耗低、投資小、操作簡(jiǎn)單和無沼液后續(xù)處理壓力等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為研究的熱點(diǎn)[2-3]。但厭氧干發(fā)酵有機(jī)負(fù)荷高、傳質(zhì)效率低、攪拌困難、易產(chǎn)生酸積累，導(dǎo)致啟動(dòng)慢、周期長和產(chǎn)氣效率低等問題。為解決此類問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了廣泛研究，其中滲透液/沼液回流和接種比例是研究重點(diǎn)。如杜靜等[4]的研究表明，通過滲透液回流，試驗(yàn)組總固體產(chǎn)氣量達(dá)到155 m3·t-1，較不回流高出29.17%。Sponza等[5]發(fā)現(xiàn)回流的反應(yīng)器在pH值、有機(jī)酸濃度變化和甲烷含量等方面具有良好的穩(wěn)定性，且產(chǎn)氣量高。井良霄等[6]研究接種物對(duì)秸稈豬糞混合干式厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響發(fā)現(xiàn)，加入40%接種物的試驗(yàn)組總產(chǎn)氣量比接種量為30%的試驗(yàn)組高19.1%。除此之外，鄭盼等[7]研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭對(duì)提高豬糞厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣率具有促進(jìn)作用。上述研究通過改進(jìn)工藝措施在一定程度上提高了厭氧干發(fā)酵產(chǎn)氣效率，但是，如何解決厭氧干發(fā)酵高有機(jī)負(fù)荷帶來的問題仍有待開展深入研究。

本試驗(yàn)以豬糞為發(fā)酵底物，通過中溫序批式試驗(yàn)研究不同添加劑（蛭石、海泡石和生物炭）及添加量（添加比例分別為5%、10%、15%和20%）對(duì)豬糞厭氧干發(fā)酵過程有機(jī)酸積累和產(chǎn)氣效果的影響，并采用修正的Gompertz動(dòng)力學(xué)模型模擬產(chǎn)氣過程，為優(yōu)化豬糞厭氧干發(fā)酵提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用豬糞為天津市西青區(qū)某規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)日產(chǎn)鮮豬糞，取回后儲(chǔ)存于（4±1）℃的冰箱。蛭石、海泡石、生物炭均為市購，用前105℃烘箱烘干至恒質(zhì)量。接種物取自試驗(yàn)室正常運(yùn)行的序批式厭氧干反應(yīng)器（Sequencing Batch Reactor，SBR）。底物與接種物的理化指標(biāo)見表1。

表1 原料和接種物特性Table 1 Characteristics of materials and inoculum

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置為自制立式厭氧反應(yīng)器，有機(jī)玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑90 mm，高170 mm，有效容積1.1 L。反應(yīng)器頂部設(shè)有沼氣排放口和取氣閥門各1個(gè)，其中沼氣排放口連接3 L集氣袋，側(cè)面中下部設(shè)有2個(gè)取樣口。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以豬糞為發(fā)酵底物，設(shè)置添加蛭石、海泡石和生物炭3種添加劑，按發(fā)酵底物TS比，設(shè)5%、10%、15%和20%共4種添加比例，以豬糞單獨(dú)發(fā)酵為對(duì)照，共4組13種處理，每種處理3個(gè)重復(fù)。具體見表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experiment design

在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加新鮮豬糞和接種物共610±5 g（VS比為3∶1），按豬糞TS的5%、10%、15%和20%加入對(duì)應(yīng)添加劑，混合均勻后將反應(yīng)器加蓋密封，將3 L氣體收集袋與反應(yīng)器排氣口連接，反應(yīng)器置于（37±1）℃的恒溫水浴鍋內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵過程中，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)氣情況，每1～3 d測(cè)量1次沼氣產(chǎn)量，并取氣樣進(jìn)行組分分析。每3 d從發(fā)酵罐側(cè)面下部取樣口采集1次發(fā)酵樣品，測(cè)量pH值、揮發(fā)性有機(jī)酸（VFAs）和氨氮等質(zhì)量濃度。取樣時(shí)，用取樣勺快速抽取發(fā)酵罐內(nèi)的樣品，避免空氣進(jìn)入罐內(nèi)影響發(fā)酵進(jìn)行。取樣結(jié)束后，將取樣閥門緊閉，放入恒溫水浴鍋繼續(xù)發(fā)酵。

1.4 分析方法

TS和VS采用重量法測(cè)定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)量（HACH，DR 6000）[8]；pH值：用超純水將發(fā)酵樣品稀釋10倍（質(zhì)量）后pH計(jì)測(cè)量；總有機(jī)酸（TVFAs）：樣品稀釋10倍后的溶液用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3%的稀硫酸調(diào)節(jié)pH＜3.0，10 000 r·min-1離心10 min，0.45m纖維素濾膜過濾，濾液經(jīng)丙酮稀釋后采用Thermo-trace-1300氣相色譜儀測(cè)定VFAs（乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸）質(zhì)量濃度，氣相色譜配M12毛細(xì)管柱（30 m×0.53 mm×1m），載氣為He（恒流：7.00 mL·min-1），進(jìn)樣口溫度200℃，F(xiàn)ID溫度220℃。根據(jù)胡榮篤[9]的計(jì)算方法，將發(fā)酵液中各種脂肪酸的濃度換算成乙酸的濃度來計(jì)算分析，TVFAs濃度（以乙酸計(jì)）為各種VFA濃度（以乙酸計(jì)）之和。

沼氣體積用濕式氣體流量計(jì)測(cè)量，沼氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)采用氣相色譜儀（Thermo-trace-1300，TCD）測(cè)定，PP-Q色譜柱（2m×φ2 mm），He為載氣（75 kPa恒壓），爐溫40℃，進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度均為200℃。

1.5 動(dòng)力學(xué)模型

采用修正的Gompertz模型模擬試驗(yàn)過程中的累積VS產(chǎn)甲烷量[10]。模型方程：

式中：P為累積VS產(chǎn)甲烷量，mL·g-1；Pmax為最大產(chǎn)氣潛能，mL·g-1；Rmax為最大產(chǎn)甲烷率，mL·g-1·d-1；λ為遲滯期，d；t為時(shí)間，d；e為exp（1）=2.718 3。根據(jù)模擬結(jié)果推算發(fā)酵過程中甲烷日產(chǎn)氣率。

2 結(jié)果與討論

2.1 厭氧干發(fā)酵過程VFAs變化

圖1為各處理發(fā)酵過程中TVFAs、乙酸和丙酸的質(zhì)量濃度變化曲線。圖1a至圖1c中顯示，在前7 d各處理組的TVFAs質(zhì)量濃度不斷上升，這是由于在反應(yīng)前期，有機(jī)物被水解產(chǎn)酸細(xì)菌分解成VFAs，由于水解產(chǎn)酸細(xì)菌的生長速度超過產(chǎn)甲烷菌，使得產(chǎn)生的VFAs不能被及時(shí)分解，各組的TVFAs濃度不斷上升[11]。OP組在發(fā)酵過程中TVFAs質(zhì)量濃度始終高于其他處理組，對(duì)產(chǎn)甲烷作用產(chǎn)生強(qiáng)烈抑制，這與孔德望的研究結(jié)果一致[12]。Zhu等[13]在秸稈厭氧干發(fā)酵中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VFAs濃度達(dá)到16.7～20.1 mg·g-1時(shí)，對(duì)產(chǎn)甲烷菌具有明顯抑制作用，但在豬糞發(fā)酵中不一定會(huì)抑制，這可能與豬糞發(fā)酵體系具有較好的緩沖能力有關(guān)。發(fā)酵前40 d TVFAs質(zhì)量濃度高于7.9 mg·g-1，發(fā)酵后期（第45 d后）在1.3～15.6 mg·g-1范圍內(nèi)波動(dòng)。發(fā)酵周期內(nèi)，添加劑組TVFAs質(zhì)量濃度均低于OP組，且在第25 d后迅速降低。由此可見，添加蛭石、海泡石和生物炭均能促進(jìn)體系產(chǎn)生的VFAs分解，降低發(fā)酵體系中TVFAs的質(zhì)量濃度。P-V和P-C組中，隨著添加劑添加比例的增加，TVFAs質(zhì)量濃度呈降低趨勢(shì)。P-S組不同添加比例間的差異不明顯，兩個(gè)TVFAs濃度峰值分別是 27.5 mg·g-1和24.0 mg·g-1，與PV、P-C組添加量20%時(shí)相近。蛭石的作用主要是因?yàn)槠渚哂辛己玫年栯x子交換性和吸附性，可以加快并提高底物的水解、酸化進(jìn)程[14]。生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大且堿度較高，能夠降低干發(fā)酵體系TVFAs質(zhì)量濃度，有效緩解酸抑制現(xiàn)象，與濕式發(fā)酵中添加生物炭具有類似效果[15-17]。海泡石在厭氧發(fā)酵領(lǐng)域未見應(yīng)用，但其良好的吸附性、流變性和催化性，可能是緩解厭氧干發(fā)酵酸積累的主要原因。

圖1d至圖1f顯示，不同處理組乙酸的質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)與TVFAs相似。OP組在第7 d和第30 d有兩個(gè)峰值（9.6 mg·g-1和8.0 mg·g-1），這主要是由豬糞不同有機(jī)質(zhì)成分的降解難易程度決定的[18]。在添加劑比例最低的P-V1和P-S1處理中，乙酸在第7～10 d和第25 d表現(xiàn)出兩個(gè)明顯的峰值（P-V1：9.2、8.6 mg·g-1，P-S1：8.0、6.0 mg·g-1），與OP相比高峰時(shí)間提前，當(dāng)添加劑比例高于10%時(shí)第二個(gè)峰值消失；P-C組中各添加比例的乙酸濃度只有一個(gè)峰值。表明生物炭、蛭石和海泡石能夠促進(jìn)發(fā)酵過程中不易降解組分的生物轉(zhuǎn)化，且生物炭作用最明顯。TVFAs中乙酸濃度占比顯示，在發(fā)酵前17 d，是否加入添加劑及添加比例對(duì)乙酸質(zhì)量百分比均沒有明顯影響，在第20 d以后，隨著添加劑添加比例的增加，乙酸百分含量逐漸降低，表明發(fā)酵過程中乙酸被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷。

丙酸質(zhì)量濃度變化（圖1g至圖1i）與乙酸完全不同。首先，與OP組相比，添加劑的種類和添加比例對(duì)丙酸質(zhì)量濃度無明顯差異，在發(fā)酵的前46 d，除P-C2、P-C3和P-C4外的處理組丙酸質(zhì)量濃度在1.56～5.34 mg·g-1之間波動(dòng)，總體呈緩慢上升趨勢(shì)，說明不易降解的丙酸在發(fā)酵體系中逐漸累積。除P-C4外，丙酸在TVFAs中的比例隨發(fā)酵時(shí)間的延長和添加劑加入比例的增加逐漸由10%～20%升高到30%～76%，這主要是因?yàn)榘l(fā)酵過程的產(chǎn)甲烷過程恢復(fù)，發(fā)酵體系中以乙酸為主的TVFAs質(zhì)量濃度逐漸降低，轉(zhuǎn)化速率較慢的丙酸在TVFAs中占主導(dǎo)[19]。有文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)TVFAs和丙酸質(zhì)量濃度達(dá)到10.0 g·L-1和2.9 g·L-1時(shí)，產(chǎn)甲烷菌活性受到明顯抑制，但是當(dāng)TVFAs質(zhì)量濃度降低至6.2～8.5 g·L-1時(shí)，抑制作用減弱，而在本試驗(yàn)中各處理組的丙酸質(zhì)量濃度在第17 d前后升高到2.9 mg·g-1，并在一段時(shí)間內(nèi)緩慢升高，但抑制作用并不明顯，這可能與豬糞發(fā)酵體系中添加劑有較好的緩沖能力有關(guān)[20-21]。厭氧發(fā)酵體系中添加生物炭能夠強(qiáng)化微生物代謝，降低高負(fù)荷厭氧消化過程VFAs含量，而且能夠強(qiáng)化原料向丙酸轉(zhuǎn)化[22]。Watanabe等[23]以粗甘油為底物，添加生物炭進(jìn)行厭氧消化的研究也證明生物炭具有強(qiáng)化丙酸生成作用，這可能是本研究中第 14～25 d，P-C2、P-C3和P-C4組丙酸質(zhì)量濃度隨生物炭添加比例增加明顯升高、之后迅速降低的原因。綜合乙酸和丙酸濃度與其質(zhì)量百分比，蛭石和生物炭的添加比例以10%為宜，海泡石的添加比例以5%為佳。

2.2 厭氧干發(fā)酵pH值變化

圖1 總有機(jī)酸（a，b，c）、乙酸（d，e，f）和丙酸（g，h，i）的質(zhì)量濃度變化Figure 1 Variations of concentrations of total volatile fatty acids（a，b，c），acetic acids（d，e，f）and propionic acids（g，h，i）during the experiment

續(xù)圖1 總有機(jī)酸（a，b，c）、乙酸（d，e，f）和丙酸（g，h，i）的質(zhì)量濃度變化Continued figure 1 Variations of concentrations of total volatile fatty acids（a，b，c），acetic acids（d，e，f）and propionic acids（g，h，i）during the experiment

從圖2可以看出，加入添加劑的3組處理pH值變化基本相似，呈先升高后降低再升高最后趨于穩(wěn)定的總體變化趨勢(shì)。主要是因?yàn)榘l(fā)酵前期水解酸化作用占主導(dǎo)，有機(jī)物降解為VFAs，但產(chǎn)甲烷菌消耗VFAs的速率低于水解酸化速率，使pH值降低，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，產(chǎn)甲烷菌活性漸強(qiáng)，pH值緩慢升高，最后產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷趨于平衡，pH值逐漸穩(wěn)定。發(fā)酵前39 d，PV、P-S和P-C組pH值明顯高于OP組，P-V和P-S組pH值在第16 d后升高，而P-C組除5%添加比例以外，其他添加量的試驗(yàn)組在第9 d后緩慢升高，到第39 d前后趨于穩(wěn)定。發(fā)酵中pH值的差異說明3種添加劑對(duì)避免有機(jī)酸積累具有一定作用，生物炭效果好于蛭石和海泡石。有研究表明，厭氧發(fā)酵中添加生物炭能夠提高發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性，加快VFAs分解，從而提高發(fā)酵體系pH值恢復(fù)速度，在高有機(jī)負(fù)荷下促進(jìn)互營型甲烷代謝，與本研究結(jié)果一致[24-25]。需要注意的是，試驗(yàn)中各處理的pH值均大于7.6，這主要是因?yàn)楣腆w樣品在取樣分析pH值時(shí)需進(jìn)行一定比例的稀釋，導(dǎo)致測(cè)量值高于實(shí)際值。但在整個(gè)發(fā)酵過程中，pH值與TVFAs變化相對(duì)應(yīng)，說明pH值可以作為厭氧干發(fā)酵體系中TVFAs積累和利用的主要指示性指標(biāo)之一。

2.3 厭氧干發(fā)酵產(chǎn)甲烷性能及動(dòng)力學(xué)分析

累積甲烷百分含量（圖3a）顯示，整個(gè)發(fā)酵周期內(nèi)，OP組累積甲烷百分含量為58.0%。當(dāng)添加比為5%時(shí)，P-V和P-C組的累積甲烷百分含量分別為52.4%和48.8%，當(dāng)添加比為10%時(shí)則分別提高到58.5%和58.8%，繼續(xù)提高添加比時(shí)有小幅提升但差異不顯著。P-S組不同添加處理的累計(jì)甲烷含量在56.2%～60.8%，差異不顯著?？傮w上，添加蛭石、海泡石和生物炭對(duì)提高甲烷百分比沒有明顯促進(jìn)作用。

圖2 厭氧干發(fā)酵pH值變化情況Figure 2 Variations of pH during SS-AD

累積VS甲烷產(chǎn)率柱狀圖（圖3b）與甲烷含量圖相對(duì)應(yīng)。由圖可知，OP組累積VS甲烷產(chǎn)量為41.8 mL·g-1。P-V1和 P-C1組的累積 VS甲烷產(chǎn)率（31.6 mL·g-1和41.5 mL·g-1）與OP沒有顯著差異；添加比例為10%時(shí)較OP分別提高了99.0%和93.1%，達(dá)到83.11 mL·g-1和 80.65 mL·g-1；P-V4和 P-C4組的累積VS甲烷產(chǎn)率分別達(dá)到106.4 mL·g-1和126.2 mL·g-1。與P-C和P-V組不同，P-S1組甲烷產(chǎn)率較OP提高了93.8%，顯著高于P-V1和P-C1，但當(dāng)添加比例提高至10%～20%時(shí)效果不再明顯。生物炭、蛭石和海泡石對(duì)甲烷產(chǎn)率的促進(jìn)作用一方面對(duì)體系中pH值變化具有一定的緩沖能力，可以為產(chǎn)甲烷菌提供更加適宜的環(huán)境，這在高有機(jī)負(fù)荷的厭氧干發(fā)酵體系中非常重要[26-27]。同時(shí)，多孔結(jié)構(gòu)和豐富的比表面積對(duì)發(fā)酵抑制物質(zhì)如氨氮（游離氨）、H2S等具有很好的吸附性能。與蛭石和海泡石相比，生物炭具有更好的效果主要是因?yàn)樯锾勘砻娓缓腒、Ca等離子是微生物生長發(fā)育不可或缺的組成成分，提高發(fā)酵體系中K離子濃度水平，可促進(jìn)富含蛋白類原料的生物降解，刺激脫氫酶活性從而提高厭氧發(fā)酵微生物的生存能力[28]。另外，生物炭具有導(dǎo)電性，被證明能夠促進(jìn)甲烷古菌和互營菌之間的種間電子直接傳遞（DIET），從而提高產(chǎn)甲烷效率[29-30]，這可能是高有機(jī)負(fù)荷下添加生物炭具有更佳甲烷產(chǎn)率的重要原因。

用修正的Gompertz模型對(duì)干發(fā)酵累積VS產(chǎn)甲烷量進(jìn)行擬合，結(jié)果表明（表3），不同處理的擬合曲線呈現(xiàn)較高的擬合度。OP組最大VS產(chǎn)甲烷速率為0.98 mL·g-1，遲滯期18.51 d。除P-V1組最大VS產(chǎn)甲烷速率（0.88 mL·g-1）略低于OP外，其他處理均高于OP組，其中P-V4、P-C4組的最大VS產(chǎn)甲烷速率分別達(dá)到3.62 mL·g-1和3.15 mL·g-1。相同添加比例下，發(fā)酵遲滯期P-C＜P-V＜P-S。在濕式發(fā)酵體系中添加生物炭能夠有效縮短遲滯期、提高甲烷產(chǎn)率已有報(bào)道[31-32]，本研究結(jié)果表明厭氧干發(fā)酵中添加生物炭具有相似的作用。用修正的Gompertz模型模擬結(jié)果計(jì)算日VS甲烷產(chǎn)率見圖3c至圖3e。由圖可以看出，各處理日VS產(chǎn)氣率變化趨勢(shì)為先上升后下降，不同添加劑能夠使產(chǎn)氣高峰提前，增加日VS甲烷產(chǎn)率，除P-V1外添加比例越大效果越明顯。實(shí)際厭氧干發(fā)酵工程中，可以根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物利用方式、產(chǎn)氣要求等實(shí)際情況，調(diào)整添加比例。

2.4 氨氮質(zhì)量濃度變化

氨氮是厭氧發(fā)酵需要關(guān)注的重要指標(biāo)之一，其質(zhì)量濃度過高會(huì)抑制微生物的產(chǎn)甲烷作用。圖4為厭氧干發(fā)酵過程中氨氮質(zhì)量濃度變化曲線，圖中顯示，發(fā)酵周期內(nèi)OP、P-V、P-S和P-C處理的氨氮質(zhì)量濃度均呈緩慢升高趨勢(shì)，總體隨添加比例的增加而降低。有研究表明，在厭氧濕發(fā)酵中氨氮質(zhì)量濃度高于4.2 g·L-1時(shí)產(chǎn)甲烷菌失去活性[33]。陳闖等[34]對(duì)豬糞的干發(fā)酵研究結(jié)果顯示，當(dāng)氨氮質(zhì)量濃度從2.3 mg·g-1升高到3.8 mg·g-1時(shí)，產(chǎn)氣速率降低74.1%。本研究中，發(fā)酵前期不同處理氨氮質(zhì)量濃度基本高于3.0 mg·g-1，第20 d后高于3.6 mg·g-1。綜合各處理產(chǎn)氣情況，P-V、P-S和P-C組添加比例為20%時(shí)，分別在第23、31 d和第21 d達(dá)到組內(nèi)日VS甲烷產(chǎn)率最大值，分別是 3.62、2.87 mL·g-1和 3.15 mL·g-1，與之對(duì)應(yīng)的氨氮質(zhì)量濃度為4.5、4.4 mg·g-1和4.3 mg·g-1，說明試驗(yàn)中較高的氨氮質(zhì)量濃度沒有對(duì)發(fā)酵產(chǎn)氣產(chǎn)生明顯抑制，原因可能是添加劑的加入增加了體系的緩沖能力，使氨氮主要以銨態(tài)氮形式存在，游離氨的毒性減弱，與Pan等[24]研究結(jié)果一致。蛭石主要通過陽離子交換作用吸附氨氮，而且陽離子交換速率快[35]，當(dāng)發(fā)酵體系中氨氮濃度較高時(shí)，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)吸附優(yōu)勢(shì)。另外，氨氮被吸附后，促使游離氨向銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化從而減輕對(duì)產(chǎn)甲烷微生物的抑制作用。海泡石表面有大量的酸性和堿性中心，具有較強(qiáng)的極性，能夠優(yōu)先吸附極性較強(qiáng)的物質(zhì)，近年研究表明，海泡石的微孔體積及非微孔型表面積對(duì)NH3、SO2等具有很好的吸附性，從而減輕氨氮對(duì)產(chǎn)甲烷微生物活性的抑制[36]。

表3 修正的Gompertz方程參數(shù)Table 3 Parameters of modified Gompertz model

圖3 累積甲烷百分含量（a）、累積VS甲烷產(chǎn)率（b）和日VS甲烷產(chǎn)量（c、d、e）變化情況Figure 3 Variations of cumulative methane percentage（a），cumulative special methane yield（b）and specific methane yield（c，d，e）during SS-AD experiment

圖4 厭氧干發(fā)酵過程中氨氮質(zhì)量濃度變化Figure 4 Variation of ammonia nitrogen in SS-AD

3 結(jié)論

（1）蛭石、海泡石和生物炭3種添加劑能夠緩解豬糞厭氧干發(fā)酵的酸抑制，提高甲烷產(chǎn)率，總體上生物炭效果優(yōu)于蛭石和海泡石。

（2）相比蛭石和海泡石，生物炭能顯著縮短遲滯期，對(duì)縮短發(fā)酵周期具有重要作用，當(dāng)添加比例為20%時(shí)，累積VS甲烷產(chǎn)率達(dá)到126.2 mL·g-1，遲滯期縮短至5.78 d。

（3）綜合考慮，生物炭、蛭石和海泡石添加比例分別選擇為10%、10%和5%，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)氣及發(fā)酵后殘余物的利用方式等實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整添加比例。

（4）添加劑的加入能促進(jìn)厭氧發(fā)酵性能，主要體現(xiàn)在緩解有機(jī)酸積累、增加發(fā)酵體系緩沖能力及對(duì)發(fā)酵體系有毒有害物質(zhì)的吸附等。