进料浓度对猪粪混合稻秆厌氧产甲烷特性的影响

桂伦; 陈莎莎; 黄振侠; 吁安; 姚健; 陈柳萌; 《农业资源与环境学报 》 2021

摘要：为研究猪粪（Pig manure,PM）与稻秆（Rice straw,RS）的组配比例与进料的固形物（Total solid,TS）浓度对中温条件下厌氧产甲烷特性的影响,通过批次厌氧发酵试验摸清不同挥发性固体（Volatile solids,VS）配比（PM/RS=1∶0、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4、0∶1）下的原料产甲烷规律,并选择VS配比（均以PM/RS计）为1∶1、4∶1的混合原料开展进料浓度（TS分别为4.6%、7.1%、9.6%、12.1%）梯度提升的连续厌氧发酵试验。结果表明:批次发酵试验中VS配比为4∶1时产甲烷性能表现最好,产甲烷潜力（P值）、反应动力常数（k）、最大产甲烷速率（Rm）及甲烷产率达到峰值时间(t_max)分别为380.3 mL·g^-1VS、0.098 d^-1、37.2 mL·g^-1VS·d^-1、4.4 d。连续发酵试验中,在水力停留时间为30 d、VS配比为4∶1时连续产甲烷性能更优,甲烷产率、产甲烷潜力转化率和容积产甲烷率分别达到354.8 mL·g^-1VS、93.3%、0.88 L·L^-1·d^-1。但混合物料中猪粪比例越高,发酵系统的氨抑制风险也越高。在进料浓度达到12.1%条件下,VS配比为4∶1时的游离氨浓度是VS配比为1∶1时的1.47倍,达到223.2 mg·L^-1。研究表明,猪粪与稻秆混合原料VS配比为4∶1（配比后的C/N=22～23∶1）时,可提高发酵原料转化效率和容积产甲烷率;同时,进料TS浓度低于12.1%(有机负荷率为2.87 g VS·L^-1·d^-1)可降低厌氧发酵中的氨抑制,保证沼气工程稳定运行。

关键词： 猪粪 稻秆 进料浓度 混合发酵 产甲烷特性