規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)上流式沼氣池發(fā)酵液養(yǎng)分變化分析

徐慶賢 官雪芳 黃菊青

摘要：為實(shí)現(xiàn)沼液的有效利用、上流式沼氣池運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，以及為沼液深度處理奠定基礎(chǔ)，以福建省新星種豬育種有限公司上流式沼氣池為例，測(cè)定不同發(fā)酵時(shí)間（0、24、48 h）、不同發(fā)酵層（0～9 m）沼液的養(yǎng)分含量，并對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行探討。結(jié)果表明：相同發(fā)酵時(shí)間、不同發(fā)酵層的沼液乙酸含量、堿解氮含量、有效磷含量、有效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量差異均不顯著;相同發(fā)酵層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的乙酸含量、有效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量均存在顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）差異;相同發(fā)酵層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的堿解氮含量、有效磷含量差異均不顯著。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng);上流式沼氣池;沼液;發(fā)酵時(shí)間;發(fā)酵層;養(yǎng)分

中圖分類號(hào)： S216.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）11-0281-07

收稿日期：2019-06-25

基金項(xiàng)目：福建省科技公益類科研院所專項(xiàng)（編號(hào)：2014R1015-12、2018R1014-4）;福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技服務(wù)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（編號(hào)：kjfw15）。

作者簡介：徐慶賢（1979—），男，福建寧德人，碩士，副研究員，從事農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)環(huán)保研究與推廣工作。E-mail：xqx591@126.com。

通信作者：林 斌，博士，研究員，從事農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)環(huán)保研究與推廣工作。E-mail：linbin591@126.com。 ?養(yǎng)豬場(chǎng)糞便污水是一種高濃度有機(jī)廢水[1-2]，我國養(yǎng)豬場(chǎng)集約化快速發(fā)展以及養(yǎng)豬場(chǎng)糞便污水處理技術(shù)相對(duì)滯后，導(dǎo)致豬場(chǎng)污水成為重要的污染源[3]。在環(huán)境持續(xù)惡化的同時(shí)，國家對(duì)于能源的需求又急劇增加，這促使國家大力發(fā)展沼氣事業(yè)[4]。規(guī)模化沼氣技術(shù)是可再生能源和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)[5]。利用沼氣技術(shù)處理規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污，不但能夠有效處理養(yǎng)殖廢棄物，避免環(huán)境污染，而且還可以通過沼氣生產(chǎn)向周圍用戶提供清潔能源，對(duì)開發(fā)可再生能源及發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)都具有重要意義[6-7]。

沼氣工程可持續(xù)發(fā)展的重要因素就是沼液處理問題[8]。沼液是糞便污水通過厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物，富含多種氨基酸、吲哚乙酸等能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量的營養(yǎng)物質(zhì)[9-10]，是一種兼?zhèn)渌傩c長效的微生物有機(jī)肥[11]，能有效改良土壤[12]。張媛等的研究表明，在施用沼液后，土壤速效養(yǎng)分在一定階段會(huì)隨沼液施入量的增加而有所增加[13]。農(nóng)作物吸收利用的是土壤速效養(yǎng)分，它們的含量決定了土壤的肥力水平[14]。本試驗(yàn)通過研究上流式沼氣池中不同發(fā)酵層和不同發(fā)酵時(shí)間沼液的養(yǎng)分含量變化，旨在為合理施用沼液和培肥土壤提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)上流式沼氣池運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以及后續(xù)沼液深度處理與利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 上流式沼氣池

上流式沼氣池建于福建省新星種豬育種有限公司（建甌市徐墩鎮(zhèn)山邊村）規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)，有效容積670 m3，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，沼氣池內(nèi)外涂刷有機(jī)玻璃鋼，安裝300 m2的太陽能真空面板用于加熱循環(huán)水為沼氣池發(fā)酵液加溫，水力滯留期（HRT）10 d。

1.2 樣品采集

沼液樣品采集于福建省新星種豬育種有限公司上流式沼氣池不同發(fā)酵層，從下到上1、2、3、4、5、6、7、8層（1代表離池底1 m，2代表離池底2 m，3代表離池底3 m，以此類推），另外0為進(jìn)料口、9為出料口。2017年10月13日進(jìn)料67 m3后，分別于0、24、48 h取樣，樣品為相同發(fā)酵時(shí)間、相同發(fā)酵層3點(diǎn)采集后混合為1個(gè)樣品，采集樣品裝入干凈塑料瓶中4 ℃厭氧保存。

1.3 測(cè)試方法

堿解氮含量的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法;乙酸含量的測(cè)定采用氣相色譜法;有效鉀含量的測(cè)定采用 1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[15];有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定參照NY/T 1976—2010《水溶肥料有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定》;有效磷含量的測(cè)定采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法;總氮含量的測(cè)定采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法;總有機(jī)碳含量的測(cè)定采用HJ 501—2009燃燒氧化-非色散紅外吸收法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及均數(shù)比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液中乙酸含量分析

有機(jī)物在厭氧發(fā)酵過程中，一般分為3個(gè)階段：發(fā)酵水解、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷階段[16-17]。產(chǎn)生甲烷的主要原料是乙酸、CO2、H2及甲醇[18]，其中乙酸分解產(chǎn)生的甲烷占甲烷總量的70%[19]，因而厭氧水解酸化產(chǎn)物中乙酸占總揮發(fā)性脂肪酸的比例，可以有效反映厭氧發(fā)酵是否穩(wěn)定以及是否發(fā)酵完全。對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中乙酸含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果詳見圖1。

從圖1可以看出，進(jìn)水口和出水口沼液乙酸含量分別為4.45、25.50 mg/L，經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，沼液乙酸含量增加，沼氣池中的乙酸含量基本上高于進(jìn)樣中的含量。對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的乙酸含量進(jìn)行方差分析（表1），可以看出，不同發(fā)酵時(shí)間沼液乙酸含量呈極顯著差異（P=0.006<0.01）;不同層間沼液乙酸含量差異不顯著（P=0.626>005）。

表2為不同發(fā)酵時(shí)間沼液的乙酸含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，發(fā)酵0 h（進(jìn)樣口）樣品中沼液乙酸含量與其他發(fā)酵時(shí)間中的在不同子集內(nèi)，說明沼液在沼氣池發(fā)酵后其乙酸含量明顯增加。

表3為不同取樣口中沼液乙酸含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，進(jìn)樣口樣品中沼液乙酸含量與其他不同層取樣口中沼液乙酸含量在不同子集內(nèi)，說明進(jìn)樣口中沼液乙酸含量低于其他取樣口。

2.2 沼液中堿解氮含量分析

土壤堿解氮含量是反映土壤供氮能力的重要指標(biāo)之一[20]。張媛等的研究表明，沼液能有效增加土壤堿解氮含量[13]。對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中的堿解氮含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果詳見圖2。可以看出，進(jìn)水口和出水口沼液堿解氮含量分別為33100、230.00 mg/L，經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，沼液中堿解氮減少，而沼氣池中的堿解氮含量也低于進(jìn)口沼液。

對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中的堿解氮含量進(jìn)行方差分析（表4），可以看出，不同發(fā)酵時(shí)間和不同層間沼液堿解氮含量差異不顯著，其對(duì)應(yīng)P值分別為0.082、0.517，均大于0.05。

表5為不同發(fā)酵時(shí)間沼液的堿解氮含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，發(fā)酵0 h（進(jìn)樣口）樣品中沼液堿解氮含量與其他發(fā)酵時(shí)間處理在不同子集內(nèi)，說明沼液在沼氣池發(fā)酵后其堿解氮含量降低。

表6為不同取樣口中沼液的堿解氮含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，進(jìn)樣口樣品中沼液堿解氮含量與其他不同層取樣口中沼液堿解氮含量在不同的子集內(nèi)，說明進(jìn)樣口中沼液堿解氮含量高于其他取樣口。

2.3 沼液中有效磷含量分析

對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中有效磷含量進(jìn)行檢測(cè)（圖3），可以看出，進(jìn)水口和出水口沼液有效磷含量分別為87.05、40.70 mg/L，經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，沼液有效磷含量下降，沼氣池中的有效磷含量基本上低于進(jìn)樣口。

對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的有效磷含量進(jìn)行方差分析（表7），可以看出，不同發(fā)酵時(shí)間和不同層沼液的有效磷含量差異均不顯著，其P值分別為0.108、0.613，均大于0.05。

表8為不同發(fā)酵時(shí)間沼液有效磷含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，發(fā)酵0 h（進(jìn)樣口）樣品中沼液有效磷含量與其他發(fā)酵時(shí)間處理在不同子集內(nèi)，說明沼液經(jīng)沼氣池發(fā)酵后其有效磷含量下降。

表9為不同取樣口中沼液有效磷含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，進(jìn)樣口（即取樣口為0）中沼液有效磷含量與其他不同層取樣口沼液的有效磷含量在不同的子集內(nèi)，說明進(jìn)樣口中沼液有效磷含量高于其他

2.4 沼液中有效鉀含量分析

土壤中全鉀測(cè)定可以反映出土壤含鉀量，有效鉀含量的測(cè)定可以反映出土壤實(shí)際供鉀狀況[21]。祝延立等利用沼液種植玉米研究沼液對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在一定施用量范圍內(nèi)，沼液能夠有效增加土壤全鉀、速效鉀含量[22]。對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中有效鉀含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)

果如圖4所示?？梢钥闯觯鳂悠分杏行р浐吭?0.35～0.55 mg/L 之間。

對(duì)其進(jìn)行方差分析（表10），可以看出，不同發(fā)酵時(shí)間沼液有效鉀含量呈極顯著差異（P=0.005<0.01）;不同層間沼液有效鉀含量差異不顯著（P=0.146﹥0.05）。

表11為不同發(fā)酵時(shí)間沼液乙酸含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，發(fā)酵0 h（進(jìn)樣口）樣品中沼液有效鉀含量與其他發(fā)酵時(shí)間處理在不同子集內(nèi)，說明沼液在沼氣池發(fā)酵后其有效鉀含量明顯降低。

表12為不同取樣口中沼液有效鉀含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，進(jìn)樣口（取樣口為0）與取樣層3、6、7、8、出樣口在同一子集，但1～8層及出樣口同在另一子集，說明除了進(jìn)樣口，各取樣口沼液中有效鉀含

2.5 沼液中有機(jī)質(zhì)含量分析

對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液中有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行檢測(cè)（圖5），可以看出，進(jìn)水口和出水口沼液有機(jī)質(zhì)含量分別為35.60%、19.57%，經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，沼液有機(jī)質(zhì)含量降低，沼氣池中的有機(jī)質(zhì)含量基本上低于進(jìn)樣口。

對(duì)不同層、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行方差分析（表13），可以看出，不同發(fā)酵時(shí)間沼液有機(jī)質(zhì)含量差異顯著（P=0.031<0.05），不同層間沼液有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著（P=0.788﹥0.05）。

表14為不同發(fā)酵時(shí)間沼液有機(jī)質(zhì)含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，可以看出，發(fā)酵0 h（進(jìn)樣口）樣品中沼液有機(jī)質(zhì)含量與其他發(fā)酵時(shí)間處理在不同子集內(nèi)，說明沼液在沼氣池發(fā)酵后其有機(jī)質(zhì)含量明顯下降。

表15為不同取樣口中沼液有機(jī)質(zhì)含量均數(shù)兩兩比較結(jié)果，進(jìn)樣口中沼液有機(jī)質(zhì)含量與其他不同

3 結(jié)論與討論

沼氣池進(jìn)水口沼液乙酸含量為4.45 mg/L、堿解氮含量為331.00 mg/L、有效磷含量為 87.05 mg/L，有效鉀含量為0.55 mg/L，有機(jī)質(zhì)含量為35.60%;經(jīng)沼氣池發(fā)酵后，沼液乙酸含量增加，沼液堿解氮含量、有效磷含量、有效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量均減少;出水口沼液乙酸含量為25.50 mg/L，沼液堿解氮含量為230.00 mg/L，有效磷含量為 40.70 mg/L，有效鉀含量為0.47 mg/L，有機(jī)質(zhì)含量為19.57%。

相同發(fā)酵時(shí)間、不同發(fā)酵層的沼液乙酸含量、堿解氮含量、有效磷含量、有效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量差異均不顯著。

相同發(fā)酵層、不同發(fā)酵時(shí)間的沼液乙酸含量、有效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量均存在顯著或極顯著差異;相同發(fā)酵層、不同發(fā)酵時(shí)間的沼液堿解氮含量、有效磷含量差異均不顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪植三，汪俊三. 畜禽舍糞便污水及廢氣凈化的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1995，11（4）：90-95.

[2]杜鴻章，尹承龍. 難降解高濃度有機(jī)廢水催化濕式氧化技術(shù)[J]. 水處理技術(shù)，1994，23（2）：16-18.

[3]段妮娜，董 濱，何群彪，等. 規(guī)模化養(yǎng)豬廢水處理模式現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 凈水技術(shù)，2008，27（4）：9-15，39.

[4]王 飛，蔡亞慶，仇煥廣. 中國沼氣發(fā)展的現(xiàn)狀、驅(qū)動(dòng)及制約性因素分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（1）：184-189.

[5]韓 捷，向 欣，李 想. 干法發(fā)酵沼氣工程無熱源中溫運(yùn)行及效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，29（9）：215-219.

[6]林代炎，葉美鋒，吳飛龍，等. 規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污循環(huán)利用技術(shù)集成與模式構(gòu)建研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（2）：386-391.

[7]林 斌. 生物質(zhì)能源沼氣工程發(fā)展的理論與實(shí)踐[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[8]陳 彪，黃 婧，肖艷春. 基于凈化劑處理畜禽厭氧消化液達(dá)標(biāo)排放的滯留期實(shí)驗(yàn)研究[J]. 能源與環(huán)境，2015（6）：63-65.

[9]鄭學(xué)博，樊劍波，周 靜，等. 沼液化肥配施對(duì)紅壤旱地土壤養(yǎng)分和花生產(chǎn)量的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2016，53（3）：675-684.

[10]丁京濤，沈玉君，孟海波，等. 沼渣沼液養(yǎng)分含量及穩(wěn)定性分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2016，18（4）：139-146.

[11]倪中應(yīng)，章明奎. 沼液中氮磷鉀化學(xué)形態(tài)組成及其生物有效性評(píng)價(jià)[J]. 土壤通報(bào)，2017，48（5）：1114-1118.

[12]高紅莉. 施用沼肥對(duì)青菜產(chǎn)量品質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（增刊1）：43-47.

[13]張 媛，洪堅(jiān)平，王 煒，等. 沼液對(duì)石灰性土壤速效養(yǎng)分含量的影響[J]. 中國沼氣，2008，26（2）：14-16.

[14]王康，許玉超，戴 輝，等. 沼液在土壤改良上的應(yīng)用研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（24）：299-303.

[15]陳亞恒，劉會(huì)玲，許 皞，等. 土壤有效鉀提取方法評(píng)價(jià)[J]. 土壤肥料，2003（6）：3-7.

[16]邱 堅(jiān)，劉 和，許科偉，等. 調(diào)控pH促進(jìn)污泥產(chǎn)酸及兩相耦合系統(tǒng)定向產(chǎn)乙酸[J]. 中國給水排水，2009，25（13）：1-6.

[17]劉海燕，高 尚，王曉玲. 污水厭氧生物處理系統(tǒng)中的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程[J]. 中國資源綜合利用，2015，33（9）：29-31.

[18]薛超友，邱 凌，郭 俏，等. 沼液中乙酸含量比色測(cè)定法研究[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，35（5）：476-482.

[19]李文哲，王忠江，王麗麗，等. 影響牛糞高濃度水解酸化過程中乙酸含量的因素研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（4）：204-208.

[20]李永富，鄧小華，鄒 凱，等. 湖南邵陽煙區(qū)耕層土壤堿解氮含量分布及變化趨勢(shì)[J]. 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，28（4）：22-25.

[21]胡 陽，張書泰，楊秋明，等. 離子色譜法測(cè)定福建南平地區(qū)植煙土壤中的全鉀和有效鉀含量[J]. 中國土壤與肥料，2017（3）：152-156.

[22]祝延立，那 偉，郗登寶，等. 施用豬場(chǎng)糞污沼液對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（31）：15202-15203，15213.董 越，陳榕榕，謝汶龍，等. 石油烴污染對(duì)滸苔生長和抗氧化指標(biāo)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（11）：288-292.