温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响

第24卷第11期农业工程学报Vol.24No.112122008年11月TransactionsoftheCSAENov.2008温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响王忠江1,2，李文哲1，石铁2，王丽丽1（1．东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；2．黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨150081）摘要：该文在室温为20℃的实验室条件下，对牛粪进行了批量式高浓度厌氧发酵试验，在以往研究的基础上进一步探讨发酵物料温度为32℃、35℃和40℃，料液浓度为9%和10%，发酵时间为12d时，温度和料液浓度对牛粪高浓度水解酸化的影响情况，找出较优的厌氧水解酸化条件。结果表明,当温度分别为32℃、35℃和40℃时，水解酸化产物各主要成份的含量差异较小，但在日均挥发性脂肪酸CODVFA产率方面32℃要远高于35℃和40℃，32℃和40℃之间的差值最大可达452mg/(L·d)，约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37%；当料液浓度为9%和10%时，水解酸化产物各主要成份的含量差值较小，而在日均CODVFA产率方面9%组要远高于10%，差值最大可达463.38mg/(L·d)，约占最大日均CODVFA产率1227.00mg/(L·d)的37.77%，因此牛粪高浓度厌氧水解酸化过程的较优工艺条件为温度32℃，料液浓度9%，发酵时间6d。关键词：牛粪，厌氧发酵，水解，温度，酸化，料液浓度中图分类号：X713文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-11-0212-05王忠江，李文哲，石铁，等.温度和料液浓度对牛粪高浓度厌氧水解酸化的影响[J].农业工程学报，2008，24(11)：212－216.WangZhongjiang,LiWenzhe,ShiTie,etal.Effectsoftemperatureandliquorconcentrationonthehigh-concentrationanaerobichydrolysisandacidogenesisofdairymanure[J].TransactionsoftheCSAE,2008,24(11)：212－216.(inChinesewithEnglishabstract)0引言两相厌氧发酵是将厌氧发酵分为产酸相和产甲烷相两步进行，并将产酸相和产甲烷相分别控制在各自最佳的条件下[1-5]，因而具有提高容积负荷率，增加系统的运行稳定性等优点。两相厌氧发酵的水解酸化相的评价指标主要包括两方面，一方面，产酸速率要快，并尽可能消除由于挥发性脂肪酸的大量产生而抑制或阻遏产酸细菌的代谢活性；另一方面，产酸细菌为产甲烷细菌提供尽可能多的易于降解的产物，保证产甲烷阶段高效、稳定运行。因此本论文以畜禽粪便中水解酸化速度较慢，处理难度较大的奶牛粪便为原料，在以往研究的基础上[6-8]，进一步研究牛粪高浓度厌氧水解酸化试验过程中发酵物料的温度、料液浓度和发酵时间[9-13]对牛粪水解酸化特性的影响，找出较优的发酵条件。1材料与方法1.1材料试验用的牛粪取自哈尔滨市完达山奶牛养殖基地，牛饲料的主要成分为青储饲料（玉米秸秆），新鲜牛粪的收稿日期：2008-03-24修订日期：2008-06-18基金项目：国家自然科学基金（50376009）；国家十一五科技支撑项目（2006BAD07A10）；黑龙江省科技攻关项目（GB06B502）；黑龙江省留学归国人员科学技术专项资金（LC06C03）；黑龙江省博士后基金项目（LBH-Z8001）；东北农业大学科学研究基金作者简介：王忠江（1978－），男，黑龙江人，博士，主要从事生物质能转化与利用的研究。哈尔滨东北农业大学工程学院，150030。Email:wangzj-wang@126.com一些主要性质见表1。新取来的牛粪除去大的纤维后经小型搅碎机粉碎，粉碎时添加一定量的水以提高粉碎的质量和速度，粉碎后测定物料的总固体（Totalsolid，TS）和挥发性固体（Volatilesolid，VS），之后将物料放入4℃冰箱内储存待用。表1新鲜牛粪的主要成分Table1Maincomponentsoffreshdairymanure性质总固体含量/%挥发性固体含量/%有机碳含量/%总氮含量/%碳氮比牛粪14～1712.0644.011.3726.101.2试验装置与方法本试验所采用的试验装置为自制的小型水解酸化反应系统，水浴加热，液体循环搅拌，水解酸化罐是容积为5L的带下口的玻璃瓶，内装4L物料，料液中不添加接种物。此系统简图见文献[14]。本试验以发酵物料的温度、料液浓度和发酵时间为参数，各参数的取值为：温度为32℃、35℃和40℃，料液浓度为9%和10%，发酵时间为12d。由先前试验的研究可知各指标取得较优值时的