不同恒溫條件厭氧發(fā)酵的沼氣成分研究

高明艷

摘要：沼氣學(xué)名甲烷（CH4），是各種有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣并在適宜的溫度下，由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w，屬于可再生能源。而沼氣工程的開展也使得能源得到了重復(fù)利用，同時(shí)還減少了對于環(huán)境的污染，意義是非常重大的。而厭氧發(fā)酵是一種典型的利用廢棄物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的方式。

關(guān)鍵詞：厭氧發(fā)酵；沼氣成分；分析

1厭氧發(fā)酵工藝的原理

厭氧發(fā)酵主要是將微生物活動(dòng)所產(chǎn)生的有機(jī)物分解為甲烷、二氧化碳以及水分。這種方式最大的優(yōu)勢在于不需要消耗過多能源，且對環(huán)境的污染程度要更小。通過這項(xiàng)技術(shù)可以將糞便、廢棄物等進(jìn)行統(tǒng)一處理和利用，獲得環(huán)保的沼氣燃料。而發(fā)酵后產(chǎn)生的廢渣也可以利用于農(nóng)業(yè)種植，形成資源的合理和循環(huán)利用，也符合現(xiàn)階段我國可持續(xù)發(fā)展的要求。

2材料與方法

2.1試驗(yàn)材料

豬糞取自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)養(yǎng)豬場。豬糞總固體濃度（髑）為24.47%，揮發(fā)性固體濃度（VS）為75%。接種物取自正常運(yùn)行的沈陽市郊區(qū)沼氣池中的沼液。

2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用一次進(jìn)料，發(fā)酵周期為25d。設(shè)定每個(gè)發(fā)酵罐接種物量20%，TS為12%，pH值為7.0，多數(shù)沼氣工程和農(nóng)村戶用沼氣池屬于常溫厭氧發(fā)酵，因此本研究取常溫和中溫2個(gè)溫度條件，分別為20℃和35℃，研究不同溫度對豬糞沼氣發(fā)酵后沼渣沼液中重金屬形態(tài)的影響。每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，選用1000mL廣口瓶，每組試驗(yàn)裝置都由一個(gè)反應(yīng)瓶、一個(gè)集氣瓶和一個(gè)排水瓶組成；接種物取150mL，根據(jù)豬糞原料的含水率（75.53%），確定豬糞的量為368g，然后用蒸餾水定容至750mL，裝料后用橡膠塞密封，并設(shè)有輸氣口，反應(yīng)瓶和集氣瓶用膠皮管連接后密封，以保證良好的厭氧環(huán)境；采用排水集氣法，反應(yīng)瓶置于恒溫（20℃和35℃）水浴鍋中。發(fā)酵過程中每天下午5：00測產(chǎn)氣量，以確保反應(yīng)正常進(jìn)行。

2.3試驗(yàn)方法

發(fā)酵開始后每d監(jiān)測產(chǎn)氣量，以確保反應(yīng)正常進(jìn)行。1d后各組日產(chǎn)氣便穩(wěn)定上升，均達(dá)到30mL以上，直至第25天發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。運(yùn)行結(jié)束后，取一定量沼渣，用去離子水洗滌2～3次，離心（3000r·min～，5min）后的沉淀物于40℃下干燥，所獲得的固體樣品用于測定Cu，zn和Cr的形態(tài)。沼液和沼渣中Cu，Zn，Cr的含量采用ICP發(fā)射光譜分析法測定，用王水一高氯酸法消解；固體中Cu，Zn和Cr的形態(tài)分析采用BCR連續(xù)提取法；浸提液中各重金屬含量采用原子吸收光譜儀測定。

3結(jié)果與分析

3.1溫度對豬糞厭氧發(fā)酵沼渣沼液中重金屬形態(tài)變化的影響

3.1.1溫度對豬糞厭氧發(fā)酵沼渣沼液中重金屬Cu形態(tài)變化的影響

發(fā)酵前接種物和豬糞中各形態(tài)Cu含量，以及經(jīng)過25d厭氧發(fā)酵后，各形態(tài)Cu含量在沼渣沼液中的百分含量。20℃條件下總有效態(tài)Cu含量與發(fā)酵前（豬糞+接種物中）總有效態(tài)Cu含量相比明顯降低，降幅為40.04%，而35cC條件下發(fā)酵后總有效態(tài)Cu含量有所升高，升幅為4.24%，可見20℃的厭氧發(fā)酵對總有效態(tài)Cu有明顯消減作用。20℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)Cu含量與發(fā)酵前相比明顯降低，降幅為43.31%，35cC條件下總殘?jiān)鼞B(tài)Cu含量明顯降低，降幅為38.70%，20℃的厭氧發(fā)酵對總殘?jiān)鼞B(tài)Cu的消減作用略優(yōu)于35℃。20℃條件下，發(fā)酵后總效態(tài)Cu占發(fā)酵后Cu總含量的比例為24.91%，35℃條件下總有效態(tài)Cu的比例為31.91%，20℃發(fā)酵后重金屬cu生物有效性較低。20℃條件下，發(fā)酵后總殘?jiān)鼞B(tài)cu的比例為75.09%、35℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)Cu的比例為68.09%。發(fā)酵結(jié)束后，20℃條件下總有效態(tài)比例為87.90%，35℃條件下總有效態(tài)Cu在沼液中的cu在沼液中的分配比例為12.10%，在沼渣中的分配分配比例為24.21%，在沼渣中的分配比例為75.69%。

3.1.2溫度對豬糞厭氧發(fā)酵后沼渣及沼液中重金屬Zn形態(tài)變化的影響

發(fā)酵前接種物和豬糞中各形態(tài)Zn含量，以及經(jīng)過25d厭氧發(fā)酵后，各形態(tài)Zn含量及其百分含量。20℃條件下總有效態(tài)zn含量與發(fā)酵前（接種物+豬糞中）總有效態(tài)zn含量相比明顯降低，降幅為23.47%，35℃條件下發(fā)酵后總有效態(tài)zn酵對總有效態(tài)zn消減作用優(yōu)于20℃。20℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)zn含量與發(fā)酵前相比明顯降低，降幅為20.00%，35℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)Zn含量明顯降低，降幅為28.11%，35℃的厭氧發(fā)酵對總殘?jiān)鼞B(tài)zn的消減作用略優(yōu)于20℃。20℃條件下，發(fā)酵后總效態(tài)zn占發(fā)酵后zn總含量的比例為30.92%，35℃條件下總有效態(tài)zn的比例為100%，20℃發(fā)酵后重金屬zn生物有效性較低。20℃條件下，發(fā)酵后總殘?jiān)鼞B(tài)孫的比例為含量顯著降低，降幅為68.13%，可見35℃的厭氧發(fā)觸08%，35℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)歷的比例為74.02%。發(fā)酵結(jié)束后，20℃條件下總有效態(tài)壓在沼液中的分配比例為11.13%，在沼渣中的分配比例為88.87%，35℃條件下總有效態(tài)孫在沼液中的分配比例為18.49%，在沼渣中的分配比例為81.51%。

3.1.3溫度對豬糞厭氧發(fā)酵后沼渣及沼液中重金屬Cr形態(tài)變化的影響

發(fā)酵前接種物和豬糞中各形態(tài)Cr含量，以及經(jīng)過25d厭氧發(fā)酵后，各形態(tài)Cr含量及其百分含量。20℃發(fā)酵后總有機(jī)結(jié)合態(tài)Cr含量由發(fā)酵前（接種物+豬糞中）的0.01mg·kg。1升為O.11mg·kg～，35℃總有機(jī)結(jié)合態(tài)Cr含量升為O.69mg·kg～，這可能是由于發(fā)酵過程中，其他形態(tài)的Cr與有機(jī)物形成了穩(wěn)定化合物的緣故。20℃23%，35℃的厭氧發(fā)酵對總殘?jiān)鼞B(tài)cr的消減作用優(yōu)條件下總有效態(tài)Cr含量與發(fā)酵前總有效態(tài)Cr含量于20℃。相比顯著升高，升幅為110.71%，35℃條件下發(fā)酵20℃條件下，發(fā)酵后總效態(tài)Cr占發(fā)酵后Cr總后總有效態(tài)Cr含量極顯著升高，升幅為275%，含量的比例為21.45%，35℃條件下總有效態(tài)Cr的比35℃條件下總有效態(tài)Cr升幅明顯高于20℃。20℃例為37.91%，20℃發(fā)酵后重金屬Cr生物有效性較低。條件下總殘?jiān)鼞B(tài)cr含量有所降低，降幅為3.70%，20℃條件下發(fā)酵后，總殘?jiān)鼞B(tài)cr的比例為78.55%，35℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)Cr含量明顯降低，降幅為30.35℃條件下總殘?jiān)鼞B(tài)cr的比例為62.09%。發(fā)酵結(jié)束后，20℃條件下總有效態(tài)例為49.15%，35℃條件下總有效態(tài)cr在沼液中的分Cr在沼液中的分配比例為50.85%，在沼渣中的分配比配比例為12.38%，在沼渣中的分配比例為87.62%。

4 結(jié)語

通過研究不同溫度對豬糞厭氧發(fā)酵沼渣沼液中重金屬形態(tài)的影響，旨在為畜禽糞便重金屬污染控制研究提供參考，并為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和沼渣沼液的安全合理利用提供科學(xué)的理論數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳紅梅，付廣青，常志州.豬糞及奶牛糞中溫厭氧發(fā)酵對cu和zn的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，28（3）：474—480.

[2]馬潔瓊，朱洪光，范曼.厭氧發(fā)酵沼渣液重金屬元素分布規(guī)律研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：193—196.

（作者單位：青島天人環(huán)境股份有限公司）