pH+值对水产养殖固体颗粒物水解酸化产挥发性脂肪酸的影响

罗国芝，孙文婧，杜军，等．ｐＨ值对水产养殖固体颗粒物水解酸化产挥发性脂肪酸的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０１４，４２（６）：３０７－３０９．ｐＨ值对水产养殖固体颗粒物水解酸化产挥发性脂肪酸的影响罗国芝１，２，孙文婧１，２，杜军１，谭洪新１，２（１．上海海洋大学水产与生命学院／上海水产养殖工程技术研究中心，上海２０１３０６；２．上海高校知识服务平台上海海洋大学水产动物育种中心，上海２０１３０６）摘要：挥发性脂肪酸（ｖｏｌａｔｉｌｅｆａｔｔｙａｃｉｄｓ，ＶＦＡｓ）易被微生物利用，是异养反硝化作用最有效的碳源。水产养殖固体颗粒物水解酸化可产生大量ＶＦＡｓ，但水解速率缓慢使ＶＦＡｓ的利用受到限制。本试验就ｐＨ值对水产养殖固体颗粒物水解酸化产ＶＦＡｓ的影响进行研究，结果证明，ｐＨ值调节为７时，水解酸化至６ｄ时效果最佳，此时ＶＦＡｓ产量为５３９７．０３ｍｇ／Ｌ，铵态氮浓度也最高，为０．１５５ｍｇ／Ｌ，溶解性化学需氧量也最高，为１０３４００ｍｇ／Ｌ；同时，ｐＨ值调为７时，水产养殖固体颗粒物水解率最高，为６５．７４％。关键词：挥发性脂肪酸；水解酸化；ｐＨ值；养殖固体颗粒物中图分类号：Ｘ７１４文献标志码：Ａ文章编号：１００２－１３０２（２０１４）０６－０３０７－０３收稿日期：２０１３－０９－２９基金项目：国家科技支撑计划（编号：２０１２ＢＡＤ２５Ｂ０３）；上海工程技术中心能力提升项目（编号：１３ＤＺ２２８０５００）。作者简介：罗国芝（１９７４—），女，湖北襄樊人，博士，副教授，研究方向为循环水养殖系统与工程及水产养殖水处理。Ｔｅｌ：（０２１）６１９００４１３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｚｈｌｕｏ＠ｓｈｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。通信作者：谭洪新，博士，教授。Ｔｅｌ：（０２１）６１９００４０２；Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｘｔａｎ＠ｓｈｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。我国水产养殖业近年来发展迅速，农业部统计２０１０年全国水产品总产量达到０．３８亿ｔ［１］，每生产１ｋｇ养殖对象生物量估计可产生１６２ｇ有机物粪便，包括５０ｇ蛋白质、３１ｇ脂肪和８１ｇ碳水化合物［２］。由此推算，我国水产养殖２０１０年产生固体颗粒物为６１５．６万ｔ。水产养殖固体颗粒物的处理形势日益严峻，是水处理工程的重要技术环节［３］。现有的处理方法有外排处理［４］、人工湿地［５］、生物絮凝［６］和厌氧消化（别称厌氧发酵）［７］等。但外排处理存在臭味问题、运输费用以及焚烧等问题［８］；人工湿地［９］占地大，易受天气、季节等因素影响；生物絮凝很难定量分析；而厌氧消化可以将固体废弃物富含的可降解物质转化为挥发性脂肪酸（ｖｏｌａｔｉｌｅｆａｔｔｙａｃｉｄｓ，ＶＦＡｓ），已有学者采用厌氧消化法来处理水产养殖固体颗粒物，并取得了良好的效果，达到减量化、稳定化且环境友好的目的。同时，水产养殖的高含氮废水处理也备受关注，各种方式中生物处理被认为是最经济可行的办法［１０］，异养反硝化脱氮是最有前景的脱氮方法。在脱氮过程中，反硝化细菌需要足够的有机碳源作为电子供体［１１］。但传统的反硝化过程中，外加的碳源会引起二次污染，危害环境。同时，水产养殖固体颗粒物厌氧消化可产生ＶＦＡｓ，ＶＦＡｓ被认为是微生物可直接利用的有机物［１２］。因此，利用固体颗粒物水解酸化产生的ＶＦＡｓ作为反硝化反应的碳源既安全又可以减少污染。固体颗粒物厌氧消化一般分成水解、酸化、乙酸化和甲烷化４个阶段［１３］，其中水解被认为是颗粒态有机物厌氧消化的主要限速步骤［１４］。固体颗粒物的水解效果受ｐＨ值影响显著，Ｚｈａｎｇ等在研究活性污泥水解酸化试验中发现ｐＨ值控制在碱性时污泥水解酸化效果好于ｐＨ值控制在酸性，ｐＨ值控制在酸性时污泥水解酸化效果又好于ｐＨ值不进行控制［１５］；Ｂａｂｅｌ等则认为食品固体废物的酸化的最适ｐＨ值为５．０～６．０［１６］；ＶＦＡｓ本身具有酸性，高浓度会抑制微生物，降低ｐＨ值，最终导致微生物死亡［１７］。通过控制ｐＨ值、底物浓度、对水解酸化产ＶＦＡｓ进行研究得出温度为３５℃、ｐＨ值６．５～７．０时ＶＦＡｓ的产量为１５．２ｇ／Ｌ（底物负荷为５０ｇ／Ｌ）［１８］。Ｅｌｅｆｓｉｎｉｏｔｉｓ等认为ｐＨ值在４．３～７．０对于初沉污泥的发酵产酸影响不大，但是当ｐＨ值高于７．０时酸化反应会受到抑制［１９］。本试验就ｐＨ值对固体颗粒物厌氧消化效果影响进行研究，寻找出厌氧消化的最佳ｐＨ值条件，为水产养殖固体颗粒物的去除提供基础。1材料与方法１．１材料本试验所用水产养殖固体颗粒物为通威海水鱼配合饲料８９１２，其组成主要包括：进口鱼粉、面粉、次粉、饼粕、乌贼膏、鱼油、矿物质元素、微量元素、维生素等。饲料组成成分含粗蛋白４１．６％～４３．９％、粗灰分１７．３％～１８．２％、钙１．０％～２畅８％、食盐０．５％～２．７％、磷０．９％～１．３％、水分９．５％～１１．６％。１．２试验设计１．