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隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,畜禽糞便的排放量也隨之增加,造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染-3。然而為了增強(qiáng)畜禽的抗病能力,促進(jìn)其快速生長(zhǎng),飼料中普遍采用添加劑,如重金屬元素銅、鋅等,導(dǎo)致畜禽糞便中重金屬含量升高,當(dāng)這種含有大量重金屬的畜禽糞便被長(zhǎng)期施用于農(nóng)田時(shí),會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的重金屬污染,在土壤-水-植物系統(tǒng)中,這些重金屬將會(huì)積累轉(zhuǎn)化,并最終通過(guò)食物

鏈威脅人體的健康。因此,如何治理畜禽糞便污染  對(duì)真正實(shí)現(xiàn)畜禽糞便資源化利用具有重要意  義5”。目前,已有多種不同的方法對(duì)畜禽糞便進(jìn)  行處理,其中新型沼氣池厭氧發(fā)酵“是一項(xiàng)多種微生物參與  的處理有機(jī)物廢棄物的技術(shù),不僅能夠生產(chǎn)出清潔  能源,而且對(duì)畜禽糞便中的重金屬具有良好的鈍化  作用,因此目前正成為處理利用城市垃圾、工業(yè)有機(jī)  廢水、畜禽糞便和污水廠剩余污泥最有效、前景應(yīng)用

最廣闊的手段>。  如何提高豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵的沼氣產(chǎn)量和降低豬糞  中重金屬的生物有效性已經(jīng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之  一。研究表明,通過(guò)向新型沼氣池厭氧發(fā)酵體系中添加某些物  質(zhì),可有效地提高沼氣產(chǎn)量,降低重金屬的生物有效  性。張等研究了鈍化劑對(duì)豬糞厭氧產(chǎn)氣特性  及重金屬含量的影響,結(jié)果表明5%的粉煤灰鈍化  劑的處理組提高了產(chǎn)氣量并且降低了C和兩  種重金屬的含量;李軼等研究了通過(guò)添加沸石探  究其對(duì)豬糞發(fā)酵特性及沼渣沼液中重金屬Zn的影響實(shí)驗(yàn)顯示添加沸石對(duì)沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣量、甲烷含量影響不大,但有利于降低重金屬Zn的生物有效性;Shanon13)等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)向污泥新型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中添加納米零價(jià)鐵和磁鐵礦對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣具有  定的促進(jìn)作用并且可以調(diào)節(jié)重金屬在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程  中的形態(tài)分布。因此,本文探討在豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵體  系中通過(guò)加入單個(gè)添加劑以及添加劑的復(fù)合物,探  究它們對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)氣量以及新型沼氣池厭氧發(fā)酵后沼渣  中重金屬變化的影響。以便為畜禽糞便厭氧消化處  理提供理論數(shù)據(jù),為提高沼氣產(chǎn)量和減少重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)原料:實(shí)驗(yàn)于2017年12月進(jìn)行。豬糞取自安徽省廬江縣某養(yǎng)豬場(chǎng),將取回的豬糞置于4℃冰箱內(nèi)保存,并取其中部分豬糞置于105℃烘箱內(nèi)烘干,研磨過(guò)篩,測(cè)定豬糞的理化性質(zhì)。接種污泥取自安徽省合肥市某一生活污水處理廠的厭氧污泥,粉煤灰取自合肥熱電廠,生物炭購(gòu)買(mǎi)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。根據(jù) Dinesh Mohan制備磁性粉煤灰和磁性生物炭。原料基本理化性質(zhì)于表

磁性粉煤灰和磁性生物炭的制備:分別取50g過(guò)30~60目篩的粉煤灰和生物炭,放置于燒杯內(nèi)  并分別向燒杯內(nèi)加入500mL的純水,攪拌均勻。再  分別稱取18.5gFe2(SO4)3nH2O(n=6-9)和20  g Feso4放置于燒杯內(nèi),分別加人1300mL和150  mL純水將其溶解,將溶解后的兩種溶液混合加入到  粉煤灰和生物炭懸浮液中,在室溫下攪拌30min,然  后用10molL的NaOH調(diào)節(jié)pH值至11左右,再  繼續(xù)混合攪拌60min,將攪拌后的溶液在室溫下放  置24h,用純水和無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗,最后進(jìn)行抽  濾,將抽濾后的固體放在烘箱內(nèi)50℃千燥,干燥好  的樣品進(jìn)行備用。Fe2(S04)3·nH2O(n=6~9)和  FesO4均為實(shí)驗(yàn)室用國(guó)藥優(yōu)級(jí)純。

1.2新型沼氣池厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,反應(yīng)器為2500mL的玻璃瓶,其有效體積為2000。根據(jù)文獻(xiàn)表  示,其它條件相同時(shí),接種物量為20%-30%,s為8%-12%,pH值為6.5-7.8,添加劑的量為發(fā)酵罐內(nèi)干物質(zhì)含量的2.5%,采用中溫新型沼氣池厭氧發(fā)酵時(shí),發(fā)酵效果比較好。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)定每個(gè)發(fā)酵裝置中接種物量為30%,T為8%,通過(guò)加入不同的添  加劑來(lái)探究中溫條件下新型沼氣池厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣及重金屬鈍化效果。  實(shí)驗(yàn)共設(shè)5組,各組添加劑分別為2.5%粉煤  灰,2,5%生物炭,2.5%磁性粉煤灰,2.5%磁性生  物炭和空白對(duì)照組(基于發(fā)酵罐內(nèi)干物質(zhì)的添加  量)。將裝置好的發(fā)酵罐混合均勻,并且向裝置好  的發(fā)酵罐內(nèi)充入氮?dú)饧s5min,以保證厭氧條件,然

后進(jìn)行密封,最后將密封好的發(fā)酵罐放置于恒溫箱內(nèi),每天手動(dòng)震蕩3次。

3指標(biāo)測(cè)定與方法  TS和VS的測(cè)定采用重量法;使用元素分析儀  Vario MACRO cube)測(cè)定原料中的總碳和總氮;日  產(chǎn)氣量通過(guò)排飽和食鹽水法測(cè)定;重金屬總量采用  HCL-HNO、 HF-HCIO4四酸消解法,用火焰原子吸收光譜(AS)測(cè)定沼渣中重金屬Cu和Zn的濃度;每  隔3天取新型沼氣池厭氧發(fā)酵中的液體樣,使用pH計(jì)測(cè)定溶  液的pH值,采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定溶液中的COD,通過(guò)氣相色譜( Agilent S7890A)測(cè)定溶液中的VFAs,采用國(guó)標(biāo)的方法測(cè)定溶液中的NH4-N。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用 Origin8.5軟件作圖。使用SPS9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并且不同處理指標(biāo)之間的相關(guān)性采

用 Pearson相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同添加劑對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量  的影響

圖1和圖2顯示了豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中日產(chǎn)氣  量和總產(chǎn)氣量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。從圖1可知,厭  氧發(fā)酵前期,隨著時(shí)間的積累,日產(chǎn)氣量呈上升趨  勢(shì),在發(fā)酵第6天時(shí),2.5%粉煤灰,2,5%生物炭添  加組和空白組均達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量分  別為2225mL·d-1,2090mL·d-1和2132mLd。2.5%磁性粉煤灰添加組在第8天達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,其值為2725mL·d-。在第10天時(shí),2.5%磁性生物炭添加組達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,其值為2920mL·d-1,而2.5%粉煤灰,2.5%生物炭添加組和空白達(dá)到了第2次產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量分別為3032mLd-1,3200mL·d-和3183mL·d-。隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,發(fā)酵底物也在不斷地被消耗,產(chǎn)氣量逐漸呈下降趨勢(shì),它們之間的日產(chǎn)氣量差值也隨著時(shí)間

的推移而逐漸減少,各實(shí)驗(yàn)組的變化趨勢(shì)基本一致。

從圖2中可以觀察到總產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化趨勢(shì),與空白對(duì)照組相比,除2.5%磁性生物炭添加組外,其余添加組總產(chǎn)氣量均高于空白對(duì)照組,總產(chǎn)氣量提高了1.05-1.12倍。在新型沼氣池厭氧發(fā)酵中鈣離子對(duì)于甲烷菌和微生物聚集體的形成都是必要的,2.5%粉煤灰和2.5%磁性粉煤灰添加組中的粉煤灰的化學(xué)組成中含有CaO,在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的鈣離子對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵有一定的促進(jìn)作用,而2.5%磁性粉煤灰和2.5%磁性生物炭添加組的產(chǎn)氣量相對(duì)2.5%粉煤灰和2.5%生物炭添加組都有所下降,可能由于2.5%磁性粉煤灰和2.5%磁性生物炭添加組中的鐵含量較高,對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵有一定的抑制作用, Sunon12曾報(bào)道向污泥新型沼氣池厭氧發(fā)酵中添加納米零價(jià)鐵和磁鐵礦,結(jié)果顯示添加1%納米零價(jià)鐵和1%的磁鐵礦實(shí)驗(yàn)組的總產(chǎn)氣量均低于空白對(duì)照組,而添加0.5%納米零價(jià)鐵和0.5%的磁鐵礦的總產(chǎn)氣量高于空白對(duì)照組。

2.2不同添加劑對(duì)豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵甲烷含量的影響

各處理在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中的平均甲烷含量如圖3所示。從圖中可以看出,添加組的平均甲烷含量分別為52.98%(2.5%粉煤灰),50.27%(2.5%生物炭),50.97%(2.5%磁性粉煤灰)和52.51%  (2.5%磁性生物炭),較空白對(duì)照組(48.14%)有一定的增加,提高了4.3%~10.1%,各添加組之

間的差異不顯著。添加添加劑后豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲  烷含量相對(duì)于空白對(duì)照組有一定的增加,因此在厭  氧發(fā)酵體系中加入添加劑對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷有一定的影響。

2.3不同添加劑對(duì)溶液中pH值的影響

圖4顯示了在豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中沼液中pH值的變化,結(jié)果表明:在新型沼氣池厭氧發(fā)酵前期,各發(fā)酵罐內(nèi)

的pH值均在8左右。厭氧消化體系的酸堿性受復(fù)  雜的微生物代謝和化學(xué)過(guò)程控制,體系的pH值是  氣液相間的CO2平衡、液相內(nèi)的酸堿平衡以及固  液相間的溶解平衡共同作用的結(jié)果。在p值  為6-8范圍內(nèi),其值主要取決于代謝過(guò)程中揮發(fā)  酸,堿度,氨氮,CO2,H2之間自然建立的緩沖平  衡。在新型沼氣池厭氧發(fā)酵第5天時(shí)pH值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),這是由于揮發(fā)性脂肪酸的積累,導(dǎo)致新型沼氣池厭氧發(fā)酵溶液內(nèi)的pH值下降,隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,溶液中的pH值由于自身的調(diào)節(jié)作用呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),各實(shí)驗(yàn)組的pH值變化趨勢(shì)相近,其pH值均保持在適宜新型沼氣池厭氧發(fā)酵的pH值的范圍內(nèi)。

2.4不同添加劑對(duì)溶液中COD的影響  圖5顯示了新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中COD的變化,從圖  中觀察到COD在第5天時(shí)達(dá)到最大值,最大值分別  為6076mg·L-1(2.5%粉煤灰),6232mg·L  (2.5%生物炭),5492mg·L1(2.5%磁性粉煤  灰),5482mg·L1(2.5%磁性生物炭)和4952  mg·L(空白)。實(shí)驗(yàn)初期,物料大多數(shù)以大分子的  形式存在,所以大量的COD沒(méi)有被釋放出來(lái),隨著  新型沼氣池厭氧發(fā)酵的不斷進(jìn)行,大分子的有機(jī)物被分解成小  分子的有機(jī)物,大部分的COD被釋放出來(lái),添加劑  激活作用提高了新型沼氣池厭氧發(fā)酵的反應(yīng)速率,加快了豬糞的厭氧消化,導(dǎo)致添加組中的COD的值高于CK組,隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,COD不斷地被消耗,COD也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

2.5不同添加劑對(duì)溶液中VFAs的影響

揮發(fā)性脂肪酸主要由乙酸、丙酸、丁酸等組成,其濃度過(guò)高或過(guò)低對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵都會(huì)產(chǎn)生影響。由圖  6可以看出,各實(shí)驗(yàn)組ⅤFAs在新型沼氣池厭氧發(fā)酵初期有不同  程度的升高趨勢(shì),在第6天時(shí)VFAs達(dá)到最大值  VFAs的最大值分別達(dá)到6122.80mgL-(2.5%粉

煤灰),5798.49mg·L1(2.5%生物炭),6035.65mg1(2.5%磁性粉煤灰),6381.20mg·L(2.5%磁性生物炭),608832mgL(空白)。在本研究中,觀察到在第7天沼氣生產(chǎn)速率迅速下降,這表明新型沼氣池厭氧發(fā)酵部分被積累的揮發(fā)性脂肪酸被產(chǎn)甲烷菌利用。 Siger和 Banks(20研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)量和甲烷含量的抑制作用明顯高于6000mg·L,在新型沼氣池厭氧發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程中都沒(méi)有出現(xiàn)酸化的現(xiàn)象。

隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,畜禽糞便的排放量也隨之增加,造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染-3。然而為了增強(qiáng)畜禽的抗病能力,促進(jìn)其快速生長(zhǎng),飼料中普遍采用添加劑,如重金屬元素銅、鋅等,導(dǎo)致畜禽糞便中重金屬含量升高,當(dāng)這種含有大量重金屬的畜禽糞便被長(zhǎng)期施用于農(nóng)田時(shí),會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的重金屬污染,在土壤-水-植物系統(tǒng)中,這些重金屬將會(huì)積累轉(zhuǎn)化,并最終通過(guò)食物

鏈威脅人體的健康。因此,如何治理畜禽糞便污染  對(duì)真正實(shí)現(xiàn)畜禽糞便資源化利用具有重要意  義5”。目前,已有多種不同的方法對(duì)畜禽糞便進(jìn)  行處理,其中新型沼氣池厭氧發(fā)酵“是一項(xiàng)多種微生物參與  的處理有機(jī)物廢棄物的技術(shù),不僅能夠生產(chǎn)出清潔  能源,而且對(duì)畜禽糞便中的重金屬具有良好的鈍化  作用,因此目前正成為處理利用城市垃圾、工業(yè)有機(jī)  廢水、畜禽糞便和污水廠剩余污泥最有效、前景應(yīng)用

最廣闊的手段>。  如何提高豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵的沼氣產(chǎn)量和降低豬糞  中重金屬的生物有效性已經(jīng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之  一。研究表明,通過(guò)向新型沼氣池厭氧發(fā)酵體系中添加某些物  質(zhì),可有效地提高沼氣產(chǎn)量,降低重金屬的生物有效  性。張等研究了鈍化劑對(duì)豬糞厭氧產(chǎn)氣特性  及重金屬含量的影響,結(jié)果表明5%的粉煤灰鈍化  劑的處理組提高了產(chǎn)氣量并且降低了C和兩  種重金屬的含量;李軼等研究了通過(guò)添加沸石探  究其對(duì)豬糞發(fā)酵特性及沼渣沼液中重金屬Zn的影響實(shí)驗(yàn)顯示添加沸石對(duì)沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣量、甲烷含量影響不大,但有利于降低重金屬Zn的生物有效性;Shanon13)等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)向污泥新型沼氣池厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中添加納米零價(jià)鐵和磁鐵礦對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣具有  定的促進(jìn)作用并且可以調(diào)節(jié)重金屬在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程  中的形態(tài)分布。因此,本文探討在豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵體  系中通過(guò)加入單個(gè)添加劑以及添加劑的復(fù)合物,探  究它們對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)氣量以及新型沼氣池厭氧發(fā)酵后沼渣  中重金屬變化的影響。以便為畜禽糞便厭氧消化處  理提供理論數(shù)據(jù),為提高沼氣產(chǎn)量和減少重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)原料:實(shí)驗(yàn)于2017年12月進(jìn)行。豬糞取自安徽省廬江縣某養(yǎng)豬場(chǎng),將取回的豬糞置于4℃冰箱內(nèi)保存,并取其中部分豬糞置于105℃烘箱內(nèi)烘干,研磨過(guò)篩,測(cè)定豬糞的理化性質(zhì)。接種污泥取自安徽省合肥市某一生活污水處理廠的厭氧污泥,粉煤灰取自合肥熱電廠,生物炭購(gòu)買(mǎi)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。根據(jù) Dinesh Mohan制備磁性粉煤灰和磁性生物炭。原料基本理化性質(zhì)于表

磁性粉煤灰和磁性生物炭的制備:分別取50g過(guò)30~60目篩的粉煤灰和生物炭,放置于燒杯內(nèi)  并分別向燒杯內(nèi)加入500mL的純水,攪拌均勻。再  分別稱取18.5gFe2(SO4)3nH2O(n=6-9)和20  g Feso4放置于燒杯內(nèi),分別加人1300mL和150  mL純水將其溶解,將溶解后的兩種溶液混合加入到  粉煤灰和生物炭懸浮液中,在室溫下攪拌30min,然  后用10molL的NaOH調(diào)節(jié)pH值至11左右,再  繼續(xù)混合攪拌60min,將攪拌后的溶液在室溫下放  置24h,用純水和無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗,最后進(jìn)行抽  濾,將抽濾后的固體放在烘箱內(nèi)50℃千燥,干燥好  的樣品進(jìn)行備用。Fe2(S04)3·nH2O(n=6~9)和  FesO4均為實(shí)驗(yàn)室用國(guó)藥優(yōu)級(jí)純。

1.2新型沼氣池厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,反應(yīng)器為2500mL的玻璃瓶,其有效體積為2000。根據(jù)文獻(xiàn)表  示,其它條件相同時(shí),接種物量為20%-30%,s為8%-12%,pH值為6.5-7.8,添加劑的量為發(fā)酵罐內(nèi)干物質(zhì)含量的2.5%,采用中溫新型沼氣池厭氧發(fā)酵時(shí),發(fā)酵效果比較好。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)定每個(gè)發(fā)酵裝置中接種物量為30%,T為8%,通過(guò)加入不同的添  加劑來(lái)探究中溫條件下新型沼氣池厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣及重金屬鈍化效果。  實(shí)驗(yàn)共設(shè)5組,各組添加劑分別為2.5%粉煤  灰,2,5%生物炭,2.5%磁性粉煤灰,2.5%磁性生  物炭和空白對(duì)照組(基于發(fā)酵罐內(nèi)干物質(zhì)的添加  量)。將裝置好的發(fā)酵罐混合均勻,并且向裝置好  的發(fā)酵罐內(nèi)充入氮?dú)饧s5min,以保證厭氧條件,然

后進(jìn)行密封,最后將密封好的發(fā)酵罐放置于恒溫箱內(nèi),每天手動(dòng)震蕩3次。

3指標(biāo)測(cè)定與方法  TS和VS的測(cè)定采用重量法;使用元素分析儀  Vario MACRO cube)測(cè)定原料中的總碳和總氮;日  產(chǎn)氣量通過(guò)排飽和食鹽水法測(cè)定;重金屬總量采用  HCL-HNO、 HF-HCIO4四酸消解法,用火焰原子吸收光譜(AS)測(cè)定沼渣中重金屬Cu和Zn的濃度;每  隔3天取新型沼氣池厭氧發(fā)酵中的液體樣,使用pH計(jì)測(cè)定溶  液的pH值,采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定溶液中的COD,通過(guò)氣相色譜( Agilent S7890A)測(cè)定溶液中的VFAs,采用國(guó)標(biāo)的方法測(cè)定溶液中的NH4-N。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用 Origin8.5軟件作圖。使用SPS9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并且不同處理指標(biāo)之間的相關(guān)性采

用 Pearson相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同添加劑對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量  的影響

圖1和圖2顯示了豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中日產(chǎn)氣  量和總產(chǎn)氣量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。從圖1可知,厭  氧發(fā)酵前期,隨著時(shí)間的積累,日產(chǎn)氣量呈上升趨  勢(shì),在發(fā)酵第6天時(shí),2.5%粉煤灰,2,5%生物炭添  加組和空白組均達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量分  別為2225mL·d-1,2090mL·d-1和2132mLd。2.5%磁性粉煤灰添加組在第8天達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,其值為2725mL·d-。在第10天時(shí),2.5%磁性生物炭添加組達(dá)到第1次產(chǎn)氣高峰,其值為2920mL·d-1,而2.5%粉煤灰,2.5%生物炭添加組和空白達(dá)到了第2次產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量分別為3032mLd-1,3200mL·d-和3183mL·d-。隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,發(fā)酵底物也在不斷地被消耗,產(chǎn)氣量逐漸呈下降趨勢(shì),它們之間的日產(chǎn)氣量差值也隨著時(shí)間

的推移而逐漸減少,各實(shí)驗(yàn)組的變化趨勢(shì)基本一致。

從圖2中可以觀察到總產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化趨勢(shì),與空白對(duì)照組相比,除2.5%磁性生物炭添加組外,其余添加組總產(chǎn)氣量均高于空白對(duì)照組,總產(chǎn)氣量提高了1.05-1.12倍。在新型沼氣池厭氧發(fā)酵中鈣離子對(duì)于甲烷菌和微生物聚集體的形成都是必要的,2.5%粉煤灰和2.5%磁性粉煤灰添加組中的粉煤灰的化學(xué)組成中含有CaO,在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中釋放出來(lái)的鈣離子對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵有一定的促進(jìn)作用,而2.5%磁性粉煤灰和2.5%磁性生物炭添加組的產(chǎn)氣量相對(duì)2.5%粉煤灰和2.5%生物炭添加組都有所下降,可能由于2.5%磁性粉煤灰和2.5%磁性生物炭添加組中的鐵含量較高,對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵有一定的抑制作用, Sunon12曾報(bào)道向污泥新型沼氣池厭氧發(fā)酵中添加納米零價(jià)鐵和磁鐵礦,結(jié)果顯示添加1%納米零價(jià)鐵和1%的磁鐵礦實(shí)驗(yàn)組的總產(chǎn)氣量均低于空白對(duì)照組,而添加0.5%納米零價(jià)鐵和0.5%的磁鐵礦的總產(chǎn)氣量高于空白對(duì)照組。

2.2不同添加劑對(duì)豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵甲烷含量的影響

各處理在新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中的平均甲烷含量如圖3所示。從圖中可以看出,添加組的平均甲烷含量分別為52.98%(2.5%粉煤灰),50.27%(2.5%生物炭),50.97%(2.5%磁性粉煤灰)和52.51%  (2.5%磁性生物炭),較空白對(duì)照組(48.14%)有一定的增加,提高了4.3%~10.1%,各添加組之

間的差異不顯著。添加添加劑后豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲  烷含量相對(duì)于空白對(duì)照組有一定的增加,因此在厭  氧發(fā)酵體系中加入添加劑對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷有一定的影響。

2.3不同添加劑對(duì)溶液中pH值的影響

圖4顯示了在豬糞新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中沼液中pH值的變化,結(jié)果表明:在新型沼氣池厭氧發(fā)酵前期,各發(fā)酵罐內(nèi)

的pH值均在8左右。厭氧消化體系的酸堿性受復(fù)  雜的微生物代謝和化學(xué)過(guò)程控制,體系的pH值是  氣液相間的CO2平衡、液相內(nèi)的酸堿平衡以及固  液相間的溶解平衡共同作用的結(jié)果。在p值  為6-8范圍內(nèi),其值主要取決于代謝過(guò)程中揮發(fā)  酸,堿度,氨氮,CO2,H2之間自然建立的緩沖平  衡。在新型沼氣池厭氧發(fā)酵第5天時(shí)pH值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),這是由于揮發(fā)性脂肪酸的積累,導(dǎo)致新型沼氣池厭氧發(fā)酵溶液內(nèi)的pH值下降,隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,溶液中的pH值由于自身的調(diào)節(jié)作用呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),各實(shí)驗(yàn)組的pH值變化趨勢(shì)相近,其pH值均保持在適宜新型沼氣池厭氧發(fā)酵的pH值的范圍內(nèi)。

2.4不同添加劑對(duì)溶液中COD的影響  圖5顯示了新型沼氣池厭氧發(fā)酵過(guò)程中COD的變化,從圖  中觀察到COD在第5天時(shí)達(dá)到最大值,最大值分別  為6076mg·L-1(2.5%粉煤灰),6232mg·L  (2.5%生物炭),5492mg·L1(2.5%磁性粉煤  灰),5482mg·L1(2.5%磁性生物炭)和4952  mg·L(空白)。實(shí)驗(yàn)初期,物料大多數(shù)以大分子的  形式存在,所以大量的COD沒(méi)有被釋放出來(lái),隨著  新型沼氣池厭氧發(fā)酵的不斷進(jìn)行,大分子的有機(jī)物被分解成小  分子的有機(jī)物,大部分的COD被釋放出來(lái),添加劑  激活作用提高了新型沼氣池厭氧發(fā)酵的反應(yīng)速率,加快了豬糞的厭氧消化,導(dǎo)致添加組中的COD的值高于CK組,隨著新型沼氣池厭氧發(fā)酵的進(jìn)行,COD不斷地被消耗,COD也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

2.5不同添加劑對(duì)溶液中VFAs的影響

揮發(fā)性脂肪酸主要由乙酸、丙酸、丁酸等組成,其濃度過(guò)高或過(guò)低對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵都會(huì)產(chǎn)生影響。由圖  6可以看出,各實(shí)驗(yàn)組ⅤFAs在新型沼氣池厭氧發(fā)酵初期有不同  程度的升高趨勢(shì),在第6天時(shí)VFAs達(dá)到最大值  VFAs的最大值分別達(dá)到6122.80mgL-(2.5%粉

煤灰),5798.49mg·L1(2.5%生物炭),6035.65mg1(2.5%磁性粉煤灰),6381.20mg·L(2.5%磁性生物炭),608832mgL(空白)。在本研究中,觀察到在第7天沼氣生產(chǎn)速率迅速下降,這表明新型沼氣池厭氧發(fā)酵部分被積累的揮發(fā)性脂肪酸被產(chǎn)甲烷菌利用。 Siger和 Banks(20研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性脂肪酸對(duì)新型沼氣池厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)量和甲烷含量的抑制作用明顯高于6000mg·L,在新型沼氣池厭氧發(fā)酵的整個(gè)過(guò)程中都沒(méi)有出現(xiàn)酸化的現(xiàn)象。

摘自《中國(guó)沼氣》劉春軟 童巧 汪晶晶 李玉成 王宇

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