不同恒溫條件厭氧發酵的沼氣成分研究

高明艷

摘要：沼氣學名甲烷（CH4），是各種有機物質在隔絕空氣并在適宜的溫度下，由微生物發酵產生的一種可燃氣體，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利用，同時還減少了對于環境的污染，意義是非常重大的。而厭氧發酵是一種典型的利用廢棄物發酵產生沼氣的方式。

關鍵詞：厭氧發酵；沼氣成分；分析

1厭氧發酵工藝的原理

厭氧發酵主要是將微生物活動所產生的有機物分解為甲烷、二氧化碳以及水分。這種方式最大的優勢在于不需要消耗過多能源，且對環境的污染程度要更小。通過這項技術可以將糞便、廢棄物等進行統一處理和利用，獲得環保的沼氣燃料。而發酵后產生的廢渣也可以利用于農業種植，形成資源的合理和循環利用，也符合現階段我國可持續發展的要求。

2材料與方法

2.1試驗材料

豬糞取自沈陽農業大學養豬場。豬糞總固體濃度（髑）為24.47%，揮發性固體濃度（VS）為75%。接種物取自正常運行的沈陽市郊區沼氣池中的沼液。

2.2試驗設計

研究采用一次進料，發酵周期為25d。設定每個發酵罐接種物量20%，TS為12%，pH值為7.0，多數沼氣工程和農村戶用沼氣池屬于常溫厭氧發酵，因此本研究取常溫和中溫2個溫度條件，分別為20℃和35℃，研究不同溫度對豬糞沼氣發酵后沼渣沼液中重金屬形態的影響。每組試驗設置3個重復，選用1000mL廣口瓶，每組試驗裝置都由一個反應瓶、一個集氣瓶和一個排水瓶組成；接種物取150mL，根據豬糞原料的含水率（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，并設有輸氣口，反應瓶和集氣瓶用膠皮管連接后密封，以保證良好的厭氧環境；采用排水集氣法，反應瓶置于恒溫（20℃和35℃）水浴鍋中。發酵過程中每天下午5：00測產氣量，以確保反應正常進行。

2.3試驗方法

發酵開始后每d監測產氣量，以確保反應正常進行。1d后各組日產氣便穩定上升，均達到30mL以上，直至第25天發酵系統運行穩定。運行結束后，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。沼液和沼渣中Cu，Zn，Cr的含量采用ICP發射光譜分析法測定，用王水一高氯酸法消解；固體中Cu，Zn和Cr的形態分析采用BCR連續提取法；浸提液中各重金屬含量采用原子吸收光譜儀測定。

3結果與分析

3.1溫度對豬糞厭氧發酵沼渣沼液中重金屬形態變化的影響

3.1.1溫度對豬糞厭氧發酵沼渣沼液中重金屬Cu形態變化的影響

發酵前接種物和豬糞中各形態Cu含量，以及經過25d厭氧發酵后，各形態Cu含量在沼渣沼液中的百分含量。20℃條件下總有效態Cu含量與發酵前（豬糞+接種物中）總有效態Cu含量相比明顯降低，降幅為40.04%，而35cC條件下發酵后總有效態Cu含量有所升高，升幅為4.24%，可見20℃的厭氧發酵對總有效態Cu有明顯消減作用。20℃條件下總殘渣態Cu含量與發酵前相比明顯降低，降幅為43.31%，35cC條件下總殘渣態Cu含量明顯降低，降幅為38.70%，20℃的厭氧發酵對總殘渣態Cu的消減作用略優于35℃。20℃條件下，發酵后總效態Cu占發酵后Cu總含量的比例為24.91%，35℃條件下總有效態Cu的比例為31.91%，20℃發酵后重金屬cu生物有效性較低。20℃條件下，發酵后總殘渣態cu的比例為75.09%、35℃條件下總殘渣態Cu的比例為68.09%。發酵結束后，20℃條件下總有效態比例為87.90%，35℃條件下總有效態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溫度對豬糞厭氧發酵后沼渣及沼液中重金屬Zn形態變化的影響

發酵前接種物和豬糞中各形態Zn含量，以及經過25d厭氧發酵后，各形態Zn含量及其百分含量。20℃條件下總有效態zn含量與發酵前（接種物+豬糞中）總有效態zn含量相比明顯降低，降幅為23.47%，35℃條件下發酵后總有效態zn酵對總有效態zn消減作用優于20℃。20℃條件下總殘渣態zn含量與發酵前相比明顯降低，降幅為20.00%，35℃條件下總殘渣態Zn含量明顯降低，降幅為28.11%，35℃的厭氧發酵對總殘渣態zn的消減作用略優于20℃。20℃條件下，發酵后總效態zn占發酵后zn總含量的比例為30.92%，35℃條件下總有效態zn的比例為100%，20℃發酵后重金屬zn生物有效性較低。20℃條件下，發酵后總殘渣態孫的比例為含量顯著降低，降幅為68.13%，可見35℃的厭氧發觸08%，35℃條件下總殘渣態歷的比例為74.02%。發酵結束后，20℃條件下總有效態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溫度對豬糞厭氧發酵后沼渣及沼液中重金屬Cr形態變化的影響

發酵前接種物和豬糞中各形態Cr含量，以及經過25d厭氧發酵后，各形態Cr含量及其百分含量。20℃發酵后總有機結合態Cr含量由發酵前（接種物+豬糞中）的0.01mg·kg。1升為O.11mg·kg～，35℃總有機結合態Cr含量升為O.69mg·kg～，這可能是由于發酵過程中，其他形態的Cr與有機物形成了穩定化合物的緣故。20℃23%，35℃的厭氧發酵對總殘渣態cr的消減作用優條件下總有效態Cr含量與發酵前總有效態Cr含量于20℃。相比顯著升高，升幅為110.71%，35℃條件下發酵20℃條件下，發酵后總效態Cr占發酵后Cr總后總有效態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Cr的比35℃條件下總有效態Cr升幅明顯高于20℃。20℃例為37.91%，20℃發酵后重金屬Cr生物有效性較低。條件下總殘渣態cr含量有所降低，降幅為3.70%，20℃條件下發酵后，總殘渣態cr的比例為78.55%，35℃條件下總殘渣態Cr含量明顯降低，降幅為30.35℃條件下總殘渣態cr的比例為62.09%。發酵結束后，20℃條件下總有效態例為49.15%，35℃條件下總有效態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 結語

通過研究不同溫度對豬糞厭氧發酵沼渣沼液中重金屬形態的影響，旨在為畜禽糞便重金屬污染控制研究提供參考，并為指導農業生產和沼渣沼液的安全合理利用提供科學的理論數據。

參考文獻：

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

[2]馬潔瓊，朱洪光，范曼.厭氧發酵沼渣液重金屬元素分布規律研究[J].安徽農業科學，2014，42（1）：193—196.

（作者單位：青島天人環境股份有限公司）