醋糟与猪粪、鸡粪不同配比的厌氧共消化产气潜力研究

周冠男，等：醋糟与猪粪、鸡粪不同配比的厌氧共消化产气潜力研究2019年6月试验在水浴锅中进行，温度为37±1℃，装置如图1所示。1.4检测方法TS、VS采用差值法测定[26]；纤维素、半纤维素和木质素采用范式法测定[27]；C/N通过采用VarioELcube元素分析仪测定；CH4和CO2含量采用气相色谱测定：载气为N2，柱箱和检测器温度为100℃，共运行5min；VFAs采用气相色谱测定：载气为N2，程序升温设定为80℃停留2min，以15℃·min-1的速度升温至250℃，共运行15.6min；TAN采用纳氏试剂法测定（HJ535—2009）；pH使用梅特勒FE20-KPLUS酸度计测定。1.5数据处理累积甲烷产量采用ModifiedGomperts对数据进行拟合[28]，见公式（1）。M（t）=Ps·{}-expéëêùûúRs·ePs(λ-t)+1（1）式中：M（t）为t时每克VS物料的产甲烷量，mL·g-1VS；Ps为每克VS物料的最大产甲烷量，mL·g-1VS；Rs为每克VS物料最大产甲烷速率，mL·g-1VS·d-1；λ为延滞期，d。为了更好地表现混合发酵的协同效果，将试验数据进行以下处理：将纯醋糟组和纯粪便组的累积产甲烷量，按照3个混合物料组中两种物料的VS配比，计算出混合物料组的累积产甲烷量，该值记为理论累积产甲烷量m′；各混合物料组的试验所得累积产甲烷量记为实际产甲烷量m。协同增益产气率ω（%）的计算公式为：ω=m-m′m′×100%（2）2结果与讨论2.1醋糟与猪粪混合厌氧发酵2.1.1产甲烷速率及甲烷含量的变化规律如图2a所示，各试验组均能在较短时间内开始产气，其中P1在第5d达到产气高峰为35mL·g-1VS·d-1，P2、P3、P4、P5均在第2d达到最高产气率，依次为32、39、46、50mL·g-1VS·d-1。接种物中的微生物经过醋糟的长时间驯化，在消化利用发酵原料的时候，会优先选择醋糟，因此有醋糟占比的试验组启动相对较快；而猪粪在直肠消化过程中，经过了大肠杆菌、沙门氏菌和乳酸杆菌等菌群的消化作用，可被产酸菌直接利用的营养物质较少，大部分营养物质需要经过水解过程，将大分子转化成小分子[29]，所以产气速度较慢。随后，各组产甲烷速率出现下降趋势，其中P1为持续下降，到第19d，下降至1.5mL·g-1VS·d-1左右，直到产气结束。由于猪粪中营养物质较为单一，在厌氧发酵过程进入产气阶段后，其消化速度较快，因此会出现不断下降的趋势。P2、P3、P4、P5的差异出现在第2d到第7d；其中P2从第2d到第7d下降幅度较小，从32mL·g-1VS·d-1下降到28mL·g-1VS·d-1，P3、P4、P5的产气速率下降到第5d左右出现回升，到第7d达到最高，分别为26、24、24mL·g-1VS·d-1。醋糟中含有大量的木质纤维类物质等（总量75.7%±0.2%），这部分营养物质在厌氧消化过程中需要一段时间的软化、释放等过程[30-31]，所以在醋糟占比较高的组分（P3、P4和P5）会出现产气速率的回升，这与秸秆类等含有较高木质纤维类物质的发酵现象相表3试验设计参数Table3Experimentaldesignparameters编号NumberP1P2P3P4P5C1C2C3C4C5V（基于VS）∶P（C）0∶41∶31∶13∶14∶00∶41∶31∶13∶14∶0P（C）/g200164.5121.46803002732311580V/g035.578.613215002769142150总TS/g89.692.195.198.887.280.886.194.3108.587.2总VS/g40.3644.2448.9454.7746.6527.8733.7642.9258.8446.65注：V表示醋糟，P表示猪粪，C表示鸡粪。Note：Vstandsforvinegar，Pstandsforpigmanure，andCstandsforchickenmanure.1.厌氧发酵罐；2.排水集气瓶；3.液体收集瓶；4.取气口1.Anaerobicfermentationtank;2.Drainagegascollectionbottle;3.Liquidcollectionbottle;4.Samplingwindow图1批式试验装置图Figure1Schematicdiagramofthebatchexperiment12341359农业环境科学学报第38卷第6期似[32-33]；P2猪粪占比较高，在下降过程中，由于猪粪完成了营养物质由大分子向小分子的转化过程，所以下降幅度较小。之后P2、P3、P4和P5保持2d的大幅下降到10mL·g-1VS·d-1，然后开始缓慢下降，第19d下降至1.5mL·g