温度对畜禽粪便厌氧发酵影响

畜禽粪便厌氧发酵的影响因素分析1. 引言1.1 研究背景畜禽粪便是农业生产中产生的大量有机废弃物，若不得到有效处理和利用，会对环境造成严重污染。

厌氧发酵是一种常见的处理方式，通过微生物的作用将畜禽粪便转化为有机肥料。

影响畜禽粪便厌氧发酵效果的因素却有很多，需要进行深入的研究和分析。

研究发现，原料的质量和种类对厌氧发酵的效果有着重要影响。

不同种类的畜禽粪便含有不同比例的有机物和微生物，这会影响发酵过程中的产气量和有机物的降解速度。

发酵的条件如温度、pH值、湿度等也会影响发酵效果，不同的微生物在不同条件下的活性也会有所不同。

本文旨在对畜禽粪便厌氧发酵的影响因素进行深入分析，为提高发酵效率和减少污染提供理论依据。

是为了探讨影响畜禽粪便厌氧发酵效果的各种因素，并为未来的研究提供方向和建议。

1.2 研究目的畜禽粪便厌氧发酵是一种重要的生物处理技术，可以有效降解有机物质并产生有机肥料。

然而，发酵过程中受到多种因素的影响，直接影响着发酵效果和产物质量。

因此，本研究旨在分析畜禽粪便厌氧发酵的影响因素，为优化发酵工艺提供参考。

在已有研究的基础上，我们计划探讨原料的影响因素。

不同类型的畜禽粪便含有不同的营养成分和微生物群落，这些差异将直接影响发酵过程的效率和产物的质量。

此外，我们将研究发酵条件对发酵过程的影响，包括温度、湿度、PH值等因素。

这些条件的不同组合可能导致完全不同的发酵效果。

此外，我们还将分析微生物种类的影响因素。

不同种类的微生物在发酵过程中扮演着不同的角色，有的参与有机物的降解，有的产生有益物质。

微生物的种类和数量将直接影响发酵的过程和产物。

最后，我们将通过研究发酵时间的影响因素和氧气供应的影响因素，全面探讨畜禽粪便厌氧发酵的影响因素及其相互关系。

通过综合分析这些因素，我们将为今后的研究和实践提供重要的参考。

2. 正文2.1 原料的影响因素原料是影响畜禽粪便厌氧发酵效果的重要因素之一。

不同的原料种类和比例将直接影响发酵过程中的微生物菌群种类和数量，从而影响最终的发酵产物质量。

畜禽粪便厌氧发酵的影响因素分析畜禽粪便厌氧发酵是一种将畜禽粪便在无氧条件下进行发酵处理的技术，可以有效地降解有机物质，减少氨氮的浓度，消除异味，提高肥料的营养成分，从而达到资源化利用的目的。

畜禽粪便厌氧发酵的效果受到许多因素的影响，因此我们有必要对这些影响因素进行深入分析，以便更好地指导实践工作。

一、温度温度是影响畜禽粪便厌氧发酵的关键因素之一。

在适宜的温度下，微生物的代谢活动会得到促进，有利于有机物质的降解和氨氮的转化。

研究表明，25℃~35℃是适宜的发酵温度范围，此时微生物的生长速度最快，发酵效果最好。

而当温度过低或过高时，微生物的活动会受到抑制，导致发酵效果不佳。

二、湿度湿度是影响畜禽粪便厌氧发酵的另一个重要因素。

适宜的湿度可以促进微生物的生长和有机物质的降解，同时也有利于氨氮的转化。

一般来说，畜禽粪便的湿度控制在60%~65%左右比较合适，如果湿度太低会导致微生物生长缓慢，反之则容易引起异味和产气量的增加。

三、氧气含量四、原料的种类和混合比例畜禽粪便的种类和混合比例也会对发酵的效果产生影响。

一般来说，不同种类的畜禽粪便其化学成分和微生物群落是有一定差异的，因此在进行厌氧发酵时需要根据具体情况进行调整。

合理的混合比例也可以促进微生物的生长和有机物质的降解，提高发酵的效果。

五、发酵时间发酵时间是影响畜禽粪便厌氧发酵效果的重要因素之一。

在一定的发酵时间内，有机物质会得到有效降解，氨氮的含量会得到有效转化。

研究表明，一般情况下，畜禽粪便的厌氧发酵时间控制在20~30天左右比较合适，这样可以保证有机物质得到充分降解和转化。

六、调节剂的使用调节剂可以对畜禽粪便厌氧发酵的效果产生重要影响。

有机物质的降解和氨氮的转化需要合适的微生物群落来进行，而调节剂可以促进有益微生物的生长，抑制有害微生物的生长，从而提高发酵的效果。

目前常用的调节剂有生石灰、酸性石膏、风化磷矿粉等。

畜禽粪污处理中的厌氧处理技术研究随着农业畜牧业的发展，畜禽粪污污染问题日益严峻。

而厌氧处理技术作为一种高效、经济、可持续的废水处理方法，在畜禽粪污处理中得到了广泛应用。

本文将对畜禽粪污处理中的厌氧处理技术进行深入研究，并探讨其应用前景和发展趋势。

首先，我们需要了解畜禽粪污的特点。

畜禽粪污含有大量的有机物质，如粪便、尿液、饲料残渣等，同时含有大量的氮、磷、钾等营养成分。

这些物质如果未经处理直接排放，会对环境造成严重污染，影响生态平衡和人类的健康。

因此，开展有效的畜禽粪污处理非常必要。

厌氧处理技术是一种在缺氧条件下进行的废水处理方法，其主要原理是利用厌氧菌将有机物质分解为甲烷、二氧化碳等沼气成分。

相比于传统的好氧处理技术，厌氧处理技术具有以下几个优点：首先，厌氧处理技术对有机物质的降解效果更好。

在厌氧环境下，厌氧菌能够分解有机物质，产生更多的沼气成分。

沼气成分可以作为能源利用，从而实现废物资源化利用，减少环境负荷。

其次，厌氧处理技术对氮、磷等营养物质的去除效果显著。

在厌氧处理过程中，厌氧菌能够有效地去除废水中的氮、磷等营养物质，减少对水体的污染。

此外，厌氧处理技术不要求氧气供应，能耗低、投资成本低。

相比于传统的好氧处理技术，厌氧处理技术不需要额外的氧气供应设备，能够节约能源和投资成本。

在畜禽粪污处理中，厌氧处理技术的应用已经取得了一定的成果。

在传统的厌氧发酵处理过程中，采用连续型发酵器或鼓式干虫发酵器等设备，能够有效地分解有机物质，降低废水中的有机污染物浓度。

此外，适当的调节温度、pH值和进料负荷等因素，能够进一步提高厌氧处理效果。

然而，虽然厌氧处理技术在畜禽粪污处理中具有广阔的应用前景，但还存在一些问题需要解决。

首先，畜禽粪污产生的废水含有较高的凡士林等重金属物质，这些物质对厌氧菌的生长和降解能力有一定的抑制作用，进一步研究如何降低重金属物质对厌氧处理效果的影响非常重要。

其次，畜禽粪污处理过程中产生的沼气是否能够有效利用，提高资源利用率也是一个亟待解决的问题。

畜禽粪便厌氧发酵的影响因素分析畜禽粪便是农田有机肥料的重要来源，但其直接施用会导致土壤酸化、氨气挥发等问题，影响农田生态环境和农作物生长。

通过厌氧发酵处理畜禽粪便可以有效降低其对土壤环境的负面影响，提高有机肥料的利用效率。

本文将就畜禽粪便厌氧发酵的影响因素展开分析，以期为该领域的研究和实践提供参考。

一、温度温度是影响畜禽粪便厌氧发酵效果的重要因素之一。

厌氧发酵需要一定的温度条件来促进微生物的生长和代谢活动。

通常来说，畜禽粪便的厌氧发酵适宜温度为25~45摄氏度，当温度过低时，微生物的代谢活动减缓，发酵效果变差；当温度过高时，有可能导致部分有益菌群的死亡，对有机质的分解和转化产生不利影响。

在实际操作中应控制好发酵堆的温度，可通过增加或减少堆体的大小、覆盖保温材料等方式来调节温度，以达到最佳的发酵效果。

二、水分适宜的水分含量对畜禽粪便的厌氧发酵同样至关重要。

水分过多容易造成发酵堆体水涝，影响氧气的渗透，从而抑制有益微生物的生长。

水分过少则会降低发酵效率，影响有机质的分解和转化。

综合考虑，畜禽粪便的厌氧发酵水分含量应控制在60%~70%左右为宜。

在实际应用中，可根据堆体的湿度情况适时增加或减少水分，以保持堆体的适宜湿润度。

三、C/N比碳氮比是评价有机物发酵条件的重要指标。

畜禽粪便的C/N比直接关系到发酵产物中养分的平衡及发酵过程中微生物的数量和种类。

一般来说，细菌类的微生物适宜生长的C/N比为20~30，真菌类的微生物适宜生长的C/N比为20~40。

当C/N比过高时，会导致微生物无法获得足够的氮源，影响发酵的进行；当C/N比过低时，会导致氮源过剩，容易产生氨气等挥发物质，影响堆体的稳定性。

在进行畜禽粪便的厌氧发酵时，需要根据实际情况进行适当的调整，使得C/N比控制在15~25之间，以保证发酵过程的顺利进行。

四、通气性通气性是影响畜禽粪便厌氧发酵的关键因素之一。

厌氧发酵过程中，需要保持堆体内部的氧气供应，促进微生物的正常生长和代谢活动。

畜禽粪便厌氧发酵的影响因素分析1. 引言1.1 背景介绍畜禽粪便是农业生产中常见的有机废弃物，含有丰富的养分，但也存在着臭味浓厚、有害气体排放等问题。

为了有效处理畜禽粪便并实现资源化利用，厌氧发酵技术成为一种重要的处理方式。

畜禽粪便经过厌氧发酵可以转化为有机肥料，同时减少有害气体的排放，具有环保和经济效益。

目前，虽然厌氧发酵技术在畜禽粪便处理中得到了广泛应用，但其发酵效果受到多种因素的影响。

深入研究影响畜禽粪便厌氧发酵的因素具有重要的理论和实践意义。

本文旨在通过对影响因素的分析，探讨如何优化畜禽粪便的厌氧发酵过程，提高发酵效率，减少环境污染，为农业生产提供可持续的发展模式。

1.2 研究目的畜禽粪便厌氧发酵的研究目的旨在深入探讨影响发酵效果的因素，为优化发酵工艺提供科学依据。

通过分析垃圾分类对发酵的影响、温度变化和湿度变化对发酵的影响，以及通风在发酵过程中的重要性，旨在寻找提高发酵效率并减少环境污染的方法。

研究的目的在于探讨畜禽粪便厌氧发酵过程中的关键因素，为实现资源化利用和减少有害气体排放提供依据。

通过对发酵过程中影响因素的系统性研究，为生物质废弃物的处理与利用提供科学依据和技术支持。

通过深入探讨畜禽粪便厌氧发酵的关键问题，为优化发酵工艺，提高发酵效率，减少能源消耗，从而为保护生态环境和资源利用做出贡献。

1.3 研究意义【研究意义】畜禽粪便是农村和养殖场常见的有机废弃物，其处理和利用一直是环境保护和资源循环利用的重要课题。

厌氧发酵是一种有效利用畜禽粪便的方法，通过发酵可以将有机质转化为沼气和有机肥料，既能减少有机废物对环境的污染，又能开发新能源资源。

对畜禽粪便厌氧发酵的影响因素进行分析和研究，对于优化发酵过程、提高发酵效率具有重要的理论和实践意义。

随着我国畜禽养殖规模的不断扩大，畜禽粪便处理问题愈发严峻。

传统的堆肥处理方式容易产生恶臭和环境污染，而通过厌氧发酵处理畜禽粪便，不仅能有效降解有机废弃物，减少废物污染，还能产生沼气和有机肥料，实现资源化利用。

畜禽粪便高温堆肥机理与应用研究随着规模化养殖的不断发展，畜禽粪便的产生量越来越大，如何处理和利用这些粪便成为了一个重要的问题。

高温堆肥是一种有效的粪便处理方法，它可以通过微生物的作用将粪便转化为有机肥料。

本文将深入探讨畜禽粪便高温堆肥的机理和应用研究的相关问题。

畜禽粪便堆肥化的基本原理是利用微生物的作用，将有机物质转化为腐殖质。

在这个过程中，微生物分解有机物质，产生热量和二氧化碳等气体，同时消耗氧气。

高温堆肥过程中的热量变化主要是由于微生物分解有机物质产生的热量，堆肥温度会逐渐升高，最高可达到60-70℃。

高温堆肥过程中的化学变化主要是有机物质的分解和转化，其中包括了氨化、硝化、反硝化等反应。

这些反应使得堆肥中的有机物质逐渐转化为无机物质，同时形成了氮、磷、钾等植物所需元素。

高温堆肥过程中的生物变化主要是微生物的生长和繁殖，这些微生物包括了好氧菌、厌氧菌、纤维素分解菌等。

这些微生物的作用使得堆肥中的有机物质得以分解和转化，最终形成了腐殖质。

高温堆肥在农业上的应用主要体现在两个方面。

一方面，高温堆肥可以作为一种有机肥料，为农作物提供养分。

由于高温堆肥过程中形成的腐殖质具有较好的土壤改良作用，可以改善土壤结构，提高土壤保水保肥能力，从而促进农作物的生长。

另一方面，高温堆肥可以作为生物质能源的一种，通过厌氧发酵等方法产生沼气，用于发电、供热等。

高温堆肥在生态治理上的应用主要体现在两个方面。

一方面，高温堆肥可以用于污染土壤的修复。

在堆肥过程中，重金属元素可以被固定在腐殖质中，从而降低土壤中重金属的含量，修复污染土壤。

另一方面，高温堆肥可以用于废弃物的资源化利用。

将废弃物与畜禽粪便一起堆肥，不仅可以减少废弃物的体积和危害，还可以将废弃物中的有害物质转化为有机肥料，实现废弃物的资源化利用。

高温堆肥在饲料生产上的应用主要体现在两个方面。

一方面，高温堆肥可以作为饲料添加剂使用。

在堆肥过程中，微生物的繁殖和有机物质的分解会产生大量的菌体和微生物蛋白质，这些可以作为饲料添加剂使用，提高饲料的营养价值。

畜禽粪便厌氧发酵的影响因素分析1. 引言1.1 研究背景畜禽粪便是畜禽养殖过程中产生的一种养分丰富的有机废弃物，含有大量的蛋白质、碳水化合物等有机物质。

随着畜禽养殖规模的不断扩大，畜禽粪便的处理和利用问题也逐渐凸显出来。

传统的畜禽粪便处理方式主要是露天堆肥或直接用作肥料，但这些方法存在着臭气、污染环境的问题，造成了环境负担。

利用畜禽粪便进行厌氧发酵成为一种有效的废弃物处理方法。

在厌氧发酵过程中，通过微生物的作用，有机物质得到降解，产生有机肥料和沼气等有用资源。

畜禽粪便的厌氧发酵过程受到多种因素的影响，包括温度、湿度、原料配比、氧气含量等。

为了更好地了解畜禽粪便的厌氧发酵过程及其影响因素，进行相关的研究具有重要的意义。

通过深入分析畜禽粪便厌氧发酵的影响因素，可以为畜禽粪便的资源化利用提供科学依据，减少环境污染，推动循环经济的发展。

提出了未来研究的重要性和必要性。

1.2 研究目的研究的目的是为了深入了解畜禽粪便厌氧发酵过程中各种影响因素的作用机制，为优化发酵工艺提供科学依据。

通过对温度、湿度、原料配比、氧气含量等因素的影响进行分析，可以进一步探讨如何调控这些因素来提高发酵效率和产物质量，提升畜禽粪便的资源化利用效率。

研究还旨在为推动畜禽粪便的资源化利用和环境保护工作提供理论支撑，促进畜禽养殖业的健康可持续发展。

通过本次研究，可以为畜禽粪便厌氧发酵工程化应用提供科学依据，为解决畜禽粪便处理中的技术难题和环境问题提供重要参考，具有一定的理论和实践意义。

2. 正文2.1 厌氧发酵的影响因素厌氧发酵是一种利用微生物在缺氧条件下将有机物质进行降解和转化的生物过程。

在畜禽粪便厌氧发酵过程中，有许多因素会影响发酵效果和产气量。

影响因素主要包括温度、湿度、原料配比和氧气含量。

首先是温度的影响。

温度是影响发酵过程中微生物活性和生长速率的重要因素。

一般来说，在适宜的温度范围内，微生物的代谢活动和发酵速率会更高，产气效果也更好。

畜禽粪污处理技术畜禽粪污处理技术下面带来畜禽粪污处理技术论文范文，欢迎阅读借鉴。

畜禽粪污处理技术【1】摘要：环境问题一直是困扰我国养殖健康生产的重要难题。

据不完全统计，目前我国畜禽粪便、尿液年产生量约4亿吨，甚至部分未经处理直接排放，成为环境污染的原因之一。

不仅制约了畜牧业可持续发展。

还使畜禽养殖可能成为农村新的环境污染和潜在的疫病传染源。

因此，加快畜禽粪污处理相关技术的研究和推广，对促进现代畜牧业发展，具有重大意义。

关键词：粪污处理技术一、畜禽粪便、尿液的主要成分畜禽粪便受畜禽种类、年龄、饲料等因素影响，主要有水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和无氮浸出物等成分，粪便的微生物种类和数量也很多，除含有正常微生物群外，还含有病原微生物，从各种畜禽粪中几乎都能检出沙门氏菌属、志贺氏菌属、埃希氏菌属及各种曲霉属的致病菌。

粪便中还含有多种激素和抗生素等。

尿的成分主要来源于血液，其成分随动物种类、年龄、性别、饲料成分、饮水量、季节、气候和机体代谢强度等不同而不同，包括无机物和有机物，尿中的无机物主要是钾、钠、镁和氨的各种盐。

尿中的含氮物质全部为非蛋白质含氮物，主要有尿素、尿酸、尿囊素等。

尿素是尿中的主要含氮物，在尿中的含量为1.5%-2.5%，约占尿中固体物总量的50%。

二、粪污的收集与贮存养猪场的清粪方法主要有刮板式清粪、输送带式清粪和水冲式清粪，刮板式清粪和输送带式清粪主要应用于高床或网上养猪，依靠机械作用，把猪粪收集到指定位置，这两种方法几乎可实现粪、尿分离，但是清粪设备的购置和维护成本大。

水冲式清粪是从栏舍的高端，用高压冲洗的方法，粪水一起流入主干沟，再进入贮粪池，每天每头猪大约用水20升。

这种清粪方法的优点是：可保持猪舍内环境清洁，有利于动物健康。

劳动强度小，劳动效率高。

在南方水源充足的地方，被广泛应用。

1、畜禽粪便贮存池已有相应国家标准，基本要求如下：(1)地面混凝土结构。

地面向Ⅱ形槽的开口方向倾斜，坡度为1°，坡底设排污沟;污水排入污水贮存设施，地面应能满足承受粪便运输车以及所存放粪便荷载的要求;地面应进行防水处理，防渗性能要求满足GB18598相关规定。

畜禽粪便发酵生产生物有机肥工艺技术目前，好氧发酵是实现畜禽粪便无害化和资源化的最主要途径，它不仅可以解决畜禽粪便的环境污染问题，而且对于发展生物有机肥，促进农业的可持续发展有着重要的意义。

畜禽粪便的资源化利用角度出发，以工业化生产生物有机肥为目的。

一、好氧发有机物的好氧堆肥实际上就是基质在土著微生物或外源微生物的作用下进行好氧发酵的过程。

在发酵过程中，粪便中的溶解性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物吸收利用，非溶解性的大分子物质由微生物所分泌的胞外酶分解为小分子溶解性物质，再由细胞吸收利用。

微生物通过自身的生命活动一氧化、还原、合成等过程, 把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物并释放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体和胞外酶，继续进行一系列的生化作用。

二、好氧发酵的微生物作用过程好氧发酵是在有氧气参加的条件下，借助微生物的作用而实现的，所以微生物是好氧发酵成败的关键因素。

发酵过程中温度不断的发生变化，随着温度的变化，微生物类群也处在一个不断进行的动态变化之中。

依据温度的变化，可将堆肥发酵过程分为三个阶段：升温阶段、高温阶段、降温或腐熟保温阶段。

1、升温阶段升温阶段主要是中温性微生物占优势（冯明谦和刘德明，1999） o 在发酵之前，物料中就存在着各种有害的、无害的土著菌群，当温度和其他条件适宜时，各类微生物菌群开始繁殖。

当温度达到25°C以上时，中温性微生物菌群进入旺盛的繁殖期，开始活跃地对有机物进行分解和代谢，以势抱菌和霉菌等嗜温好氧性微生物为主的菌群将单糖、淀粉、蛋口质等易分解的有机物迅速分解，产生大量的热。

2、高温阶段当发酵温度上升到40°C以上时，即进入高温阶段。

除少部分残留下来的和新形成的水溶性的有机物继续分解外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始强烈的分解，同时腐殖质开始形成，出现了能溶于碱的黑色物质。

畜禽粪污处理，畜禽粪便需要在多少度高温下连续发酵回答1、种养结合：常用干清粪的方法收集粪便，并将固体粪便作堆肥处理，部分固体粪便与污水则可作厌氧发酵等处理，随后在养分管理的基础上，将有机肥、沼液等物用在蔬菜、果树、大田作物等地方。

2、循环利用：也采用干清粪的方法，并会控制生产用水，在场内则会实施污水暗道输送、雨污分流和固液分离，其目的在于减少养殖过程中的用水量以及污水处理压力，而经过处理的污水能够冲洗粪沟等地方，固体粪便则可用堆肥等方式处理利用。

一、畜禽粪污处理1、种养结合（1）种养结合是我国目前处理畜禽粪污的主要方式，通常需要先收集粪污，做处理后再施用，而养殖场一般会采用干清粪或者水泡粪的方式来收集粪污。

（2）以干清粪方式为例，干清粪一般指的是采用人工或者机械方式，从畜禽舍地面收集全部或者大部分的固体粪便，而地面残余粪尿则用少量水冲洗，随后再将固体粪便作堆肥，或者用其他无害化的方式进行处理，污水与部分固体粪便则药进行厌氧发酵、氧化塘等处理。

（3）然后在养分管理的基础上，把有机肥、沼渣、沼液或者肥水，用在大田作物、蔬菜、果树、茶园和林木等处。

2、循环利用（1）养殖场一般会采用干清粪的方式，并控制生产用水，以此来减少养殖过程中的用水量，同时在场内还会实施污水暗道输送、雨污分流以及固液分离，以此来减少污水处理压力。

（2）而经过处理后的污水，一般能够用来冲洗粪沟、圈栏等地方，而固体粪便则可以利用堆肥、基质生产、牛床垫料、燃料等方式进行处理利用。

二、畜禽粪便需要在多少度高温下连续发酵1、连续发酵的温度畜禽粪便一般需要在60-70℃的高温下连续发酵，其目的在于能杀灭里面的有害病毒、病菌、病虫害以及杂草的种子。

2、如何对畜禽粪便进行发酵（1）以发酵猪粪为例，先准备适量的猪粪、堆肥发酵剂、米糠或者玉米、麸皮，并将其搅拌均匀。

（2）混合物的水分一般以在50-60%为宜，可以用紧抓一把物料，若为适宜的水分，一般以指缝见水印但不滴水，落地能散开为宜。

温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【摘要】摘要；为了研究温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响,在4个11.5L的发酵罐中并行批次实验研究19、30、37、52℃下总固体量(TS)为15％时鲜牛粪的恒温厌氧发酵过程,用沼气分析仪实时测量沼气成分.实验结果表明:37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量最大,累积产气量为232 L,累计甲烷产量为116.1 L；比30、52℃下分别多产18.2、15.6L甲烷；52、37、30℃下厌氧发酵甲烷的平均体积分数分别为46.6％、46.5％和43.6％.%In order to study the influence of temperature on composition of biogas fermented in high-concentrated thermostatic anaerobic environment, the process of anaerobic fermentation of fresh cattle manure with solid concentration of 15% was experimentally investigated, four parallel anaerobic digesters of 11. 5 L in volume at 19, 30, 37 ℃ and 52 ℃ respectively in batch mode. Real-time measurement of biogas compositions was carried out with biogas analyzer. The experimental result showed that the highest cumulative yield of biogas and the highest methane yield took place at 37 ℃, the former being 232 L and the latter being 116. 1 L, which compared with the yields at 30, 52 ℃ were more than 18. 2 L and 15. 6 L. The average methane volume content in anaerobic fermentation at 52, 37 ℃ and 30 ℃ was 46. 6%, 46. 5% and 43.6%, respectively.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】恒温厌氧发酵;沼气成分;甲烷;高浓度【作者】李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【作者单位】兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TK6目前，中国畜牧业占农业总产值的比重约为33%，已经发展成为农业和农村经济的重要组成部分，而畜牧业在快速发展的同时，畜禽养殖场粪便污染问题也日益突出，逐渐成为社会关注的焦点.利用厌氧发酵处理畜禽粪便不仅可以提供清洁能源——沼气，实现节能减排，并且还能实现农业废弃物的综合利用，如沼液还田，能减轻对环境的压力，是目前最有发展前景的方法之一.厌氧发酵是一个复杂的生物化学反应过程，有湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵2种，湿式厌氧发酵在处理农业废弃物时需要大量的清洁水，厌氧发酵后沼液浓度较低，脱水比较困难，制约了湿式厌氧发酵未来的发展.目前，干式厌氧发酵已经广泛应用于处理城市垃圾、禽畜粪便、农作物秸秆，具有节约用水、管理方便、产气率高、处理成本小等优点，已经成为厌氧发酵技术的研究热点.厌氧发酵技术有分界点，以总固体量15%为分界点，因此研究分析总固体量为15%发酵物即可以作为湿式发酵分界点，也可以作为干式发酵的对比点［1］.李东等［2］研究秸秆常温干式厌氧发酵，发现与湿式厌氧发酵相比干式发酵不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率.张苗蕾等［3］在恒温水浴中研究了不同浓度的牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵，与湿式厌氧发酵相比启动时间较早，累积产气量较高.Fatma等［4］研究鸡粪干式发酵，发现37℃是最佳发酵温度，甲烷含量较高.温度是影响沼气生产的重要因素，它通过对酶的活性、微生物代谢方式、物质的溶解度等方面影响厌氧发酵［5］，进而影响了沼气中甲烷、二氧化碳和硫化氢等气体体积分数.关于温度对厌氧发酵的研究已经很多.Hammad等［6］以不同的禽畜粪便和植物废渣为发酵原料来评价甲烷的产量与温度的关系，结果表明，在最适温度35℃左右，沼气的产量和甲烷的体积分数随着环境温度增长而提高，同时表明沼气的生产使用牛粪作为发酵原料优于其他的禽畜粪便.农村户用沼气池多为常温发酵，当沼气池内沼液温度低于15℃时，沼气池产气将显著降低［7］，气温低于-5℃时就不能正常产气使用［8］.贺延龄［9］认为甲烷反应器每天的温度波动不宜超过±2℃，当有±3℃的变化时，就会抑制甲烷的产生速率，有±5℃的急剧变化时，就会完全抑制甲烷的产生.在寒旱地区由于昼夜温差大，户用沼气池产沼气每年只能使用5个月.温度变化是制约户用沼气池连续使用的最重要因素.厌氧发酵可分为3个温度范围：随环境温度变化的发酵方式的常温发酵，20～45℃的中温发酵和50～65℃的高温发酵［10］.本文在4个11.5L的发酵罐（内置1.5L的加热水箱）中实验研究了19、30、37、52℃下总固体量为15%的纯牛粪的恒温厌氧发酵过程，并用沼气分析仪实时测量了沼气成分，研究了温度对厌氧发酵产沼气成分的影响.1 实验1.1 实验装置本实验采用自行设计的自动可控温厌氧发酵系统，主要由温控仪、4个高径比为1的11.5L304不锈钢发酵罐（内置1.5L加热水箱）和集气装置组成，如图1所示.发酵罐的温度通过加热水箱的水温控制，3个经过良好保温的发酵罐温度分别控制在52±1℃、37±1℃、30±1℃.温度均使用精度为±0.1K的Pt100铂电阻测量，质量采用精度为±0.01g的电子天平测量，pH值用精度为±0.1的pH-108型袖珍数显笔式酸度计测量，气体成分由Biogas测量，甲烷和二氧化碳的测量精度均为±3.0%，硫化氢的测量范围是0～5g/kg，测量精度为±0.025g/kg.1.2 发酵原料图1 可控性恒温发酵装置示意图Fig.1 Schematic diagram of controllable constanttemperature fermentation equipment1.温控仪；2.保温层；3.52℃发酵罐；4.37℃发酵罐；5.30℃发酵罐；6.常温发酵罐；7.数据采集仪；8.湿式气体流量计；9.计算机；10.沼气分析仪；11.储水桶；12.储气罐；13.内水箱；14.电磁阀；15.热水泵；16.恒温水箱；17.加热丝；18.温度传感器每个发酵罐7.5L填充发酵原料，2.5L作为预留储气空间.发酵原料由新鲜牛粪、接种物和水组成，其中新鲜牛粪取自某奶牛繁育中心，接种物取自奶牛繁育中心的恒温厌氧发酵罐.经测定其理化性质见表1.表1 牛粪和接种物的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of cattle manure and inoculums物料密度/（kg·m-3） pH 固体浓度/%挥发性固体/%655 7.6 26.18 43.54接种物牛粪986 7.2 4.13 54.48为控制发酵原料的总固体量在15%，由发酵罐中添加2.4L接种量，计算出新鲜牛粪和水的质量分别为1 690g和3 772g. 式中：M0为料液的总固体量，%；Xi为物料i的重量，g；m为原料的总固体量，%；W 为加入水量，g.1.3 测量指标和测定方法测量指标和测定方法见表2.表2 测量指标和测定方法Tab.2 Measurement indices and methods指标测定方法主要仪器检测时间温度电阻法 Pt100铂电阻数据采集仪10s1次总固体量减重法恒温干燥箱实验前后各1次挥发性固体减重法马弗炉实验前后各1次pH 电位法袖珍数显笔式酸度计每天21：00产气量排水法湿式气体流量计每天21：00 CH4、CO2、H2S 红外吸收 Biogas Check 每天21：00 1.4 实验方法实验共进行了58天.每天21：00用气体采样袋收集1L气体，使用沼气分析仪测定其成分，并用排水集气法收集沼气罐中剩余气体，用量筒测定水的体积以表示剩余气体的体积.人工搅拌从第1天开始，每天21：00搅拌2min.2 结果与讨论2.1 发酵温度对发酵罐内pH值的影响厌氧发酵过程中pH值变化是生物菌群厌氧消化、气液两相间CO2平衡、液相内酸碱平衡以及固液两相溶解平衡的共同作用结果［9］.从图2可以看出，厌氧发酵开始时，不同的发酵温度下，pH均有明显的降低，即处于酸化阶段.此阶段产甲烷菌数量少，处于适应环境阶段，不能及时消耗发酵罐内产生的挥发性脂肪酸，使得酸积累越来越多，致使pH值降低.第9天中19℃发酵罐中pH迅速上升，这是由于发酵浓度高，出现了酸积累的原因；30℃pH值有剧烈下降，而这是因产酸过度消耗造成.19、30、37、52℃发酵罐中的pH值分别在第14、11、9、10天达到正常发酵范围（pH：6.8～7.6），即完成了酸化阶段.随后pH值一直处于6.8～7.7.但相比较而言，由于温度越高氨浓度越高，所以pH值在6.8～7.7随温度从52、37、30、19℃降低而相应降低.图2 发酵温度对pH的影响Fig.2 Influence of temperature on pH in anaerobic fermentation2.2 发酵温度对日产沼气量和日消耗总固体量的影响图3中发酵温度对沼气产量的影响基本与pH值变化相对应.在厌氧发酵第1天，除常温发酵罐外，每个发酵罐都有大量气体产生.这是由于接种物中产甲烷菌利用牛粪中的小分子物质及接种物自身的脂肪酸产生了大量沼气造成的.常温发酵罐产气量较低是由于温度和水解酸化菌产生脂肪酸的综合影响.随着厌氧发酵的进行，温度的影响开始凸显.厌氧发酵的第2天，除19℃发酵罐产气量低外，其余3个发酵罐产气量虽然有小波动，但整体均平稳上升，其中30、37、52℃发酵罐分别在第12、10、7天出现了产气高峰.可以看出，温度越高，产气高峰出现越早，发酵速率越高.这是由于牛粪发酵浓度高，物质流动性差，与发酵微生物接触几率减小.而温度越高分子运动速度越快，高温加速了发酵物质与发酵微生物的接触概率，供给发酵微生物充足的食物，使发酵微生物迅速增长繁殖，微生物数量的增长造成产气速率的进一步提高，从而在发酵原料充足的条件下52℃发酵罐最早出现最高日产气量15.2 L，比37℃产气高峰早3天.图3 发酵温度对沼气产量的影响Fig.3 Influence of temperature on biogas yields in anaerobic fermentation30、37、52℃发酵罐在出现产气高峰后的一段时间内，由于发酵物质逐渐不足，产气量开始下降，但30、37℃日产气量均高于52℃产气，且37℃发酵罐产气量多数时间处于最高.这是因为厌氧发酵产甲烷过程主要由2部分组成：一部分利用乙酸产甲烷，另一部分是利用H2与CO2合成甲烷.产氢菌是沼气发酵中很重要的微生物，它们可为产甲烷菌提供H2和CO2来合成甲烷.大多数产氢菌在30～38℃能产生更多氢，而产甲烷菌也在30～38℃对CO2/H2利用效果最好.M.Braun和F.Mayer［11］通过对不同温度下产氢菌活性研究，得到产氢菌最佳生长温度是30℃，并且做了产氢菌生长随温度的关系曲线.产氢菌在30～38℃区间活性很高，在50～60℃区间活性偏低，30℃和37℃在发酵中期和后期除了利用乙酸合成甲烷，还利用了CO2/H2合成甲烷，所以在发酵物质逐渐不足条件下，30、37℃条件下产气量曲线高于52℃.图4为每日总固体量的消耗图，对比图3与图4，37℃和52℃发酵罐在分别达到最高日产气量时TS的转化率有明显的差距.52℃发酵罐的最高日产气量高于37℃时，但是TS消耗量相比，前者却小于后者，说明发酵前期52℃发酵原料转化率高于37℃时.但是随着发酵的进行，从总体趋势分析，TS的消耗量与产气量基本成正比关系.因为总碳量与挥发性固体的线性关系，可以知道总碳量与总固体量也为线性关系，而甲烷和二氧化碳主要来源于含碳物质的分解.图4 发酵温度对总固体量降解的影响Fig.4 Influence of temperature on total solid gradation in anaerobic fermentation2.3 发酵温度对TS累计消耗量和累积产沼气量的影响58天内，52、37、30℃和常温条件下发酵罐的累积产气量分别为200.40、231.95、201.55、60.70L，52、37、30℃下厌氧发酵周期分别为35、33、34天，实验结果见图5.图5 发酵温度对TS累计消耗量和累积产气量的影响Fig.5 Influence of temperature on cumulative TS consumption and cumulative biogas yield in anaerobic fermentation通常一个厌氧发酵周期定义为从厌氧发酵开始到产气量达到总产气量90%的时段［12］.58天实验结束时，常温发酵罐的日产气量仍然维持在1L（占1.66%）左右，因此这里不对19℃下厌氧发酵周期进行讨论.由图5可知，37℃实验组的累积产气量最高，其次是30℃实验组.由温度与生物反应活性之间的关系［13］可以看出厌氧生化速率在37℃附近达到一个极大值，在45℃左右出现低值，继而在53～63℃又出现一个极大值.37℃与52℃有着同样的利用乙酸产甲烷的能力，又有着30℃附近时产氢细菌的高效率，同时细菌有着利用CO2/H2合成甲烷的最好活性，所以产气量与产甲烷量最高.许多研究表明嗜热菌对有机物的降解能力要优于中温菌和低温菌，但在此次发酵中，30℃与52℃发酵累积产气量接近，与大多数学者对常规厌氧发酵的研究结果不同，这是因为TS为15%时52℃发酵速率快，发酵底物供应充足，产甲烷菌在发酵高峰期到来前迅速增长繁殖，由于产甲烷过程中含碳物质既是能源又是碳源，用于微生物细胞增长消耗的碳源多于30℃.30℃时，由于产氢菌利用CO2/H2合成甲烷的细菌活性高于52℃，而此途径合成甲烷量约占整个产甲烷量28%［9］，即30℃实验组通过此途径弥补了用乙酸途径合成甲烷细菌活性的不足.综合结果为30℃和52℃的累积产气量相当.TS累计消耗量直观反映了不同温度对发酵原料厌氧降解速率的影响，在37℃时TS降解速率最快，表明在适宜温度下牛粪中有机物物质转化速率较快，在同一发酵周期内累计产气量多.但是随着原料中营养物质的减少，TS的累计下降速率总体呈递减趋势.2.4 温度对沼气中甲烷体积分数的影响作为一种可燃性的混合气体，沼气的主要成分包括甲烷、二氧化碳、氮气、硫化氢等，通常甲烷的体积分数为50%～70%，二氧化碳的体积分数为30%，甲烷的体积分数决定了沼气的品质.硫化氢作为一种剧毒的酸性气体，其质量分数对管道有腐蚀破坏作用，如何降低其质量分数对环境保护工作有重要意义.如图6所示，在一定温度条件下随厌氧发酵的进行甲烷体积分数先升高后逐渐降低.52、37、30℃下厌氧发酵甲烷峰值分别为66%、60%、60%，甲烷平均体积分数分别为46.6%、46.5%和43.6%.尽管52、37、30℃下厌氧发酵的甲烷峰值和平均甲烷体积分数差别不大，但它们的累积甲烷产量却存在明显差异，37℃下厌氧发酵的累积甲烷产量分别是52℃下的1.16和1.23倍.因为接种液取自37℃发酵罐中，所以在发酵前期37℃有明显优势，且由于发酵原料充足，发酵速率较大，甲烷体积分数也较高，随着发酵时间的持续，pH值升高导致氨的体积分数增加，抑制了产甲烷的活性，使甲烷的体积分数下降.图6 发酵温度对甲烷体积分数的影响Fig.6 Effect of temperature on methane content in anaerobic fermentation2.5 温度对沼气中二氧化碳体积分数的影响由图7可以看出52℃实验组的CO2体积分数曲线基本上高于其他组分，这是因为52℃条件下产甲烷菌利用CO2/H2合成甲烷的效率较低，而30℃时产甲烷利用CO2/H2的效率最高，且37℃产氢活性明显高于52℃.所以52℃时CO2体积分数高于其他发酵罐.图7 发酵温度对二氧化碳体积分数的影响Fig.7 Influence of temperature on CO2content in anaerobic fermentation2.6 温度对沼气中硫化氢质量分数的影响从图8可以看出，发酵初期（2天内）各温度下厌氧发酵产生的沼气中的硫化氢质量分数均随时间的明显上升，发酵第3天开始，沼气中的硫化氢质量分数开始下降.这是由于在发酵初期，蛋白质等大分子含硫物质经过水解酸化后分解出硫化氢，使硫化氢质量分数增大，而后随着甲烷菌的代谢，甲烷体积分数增大导致硫化氢所占比重开始下降［14］.图8 发酵温度对硫化氢质量分数的影响Fig.8 Influence of temperature on hydrogen sulfide content in anaerobic fermentation实验初期处于酸化阶段，硫化氢质量分数较高，这是由于在较低的发酵温度下，产甲烷菌活性较弱，产生的甲烷较少，硫化氢所占的比例较大.综上所述，可以看出19℃条件下厌氧发酵的日产气速率最小、日产气量最少、沼气中的甲烷日均体积分数最低、硫化氢日均质量分数最高.而中国的户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，显然沼气生产情况比19℃下生物质厌氧发酵更加糟糕.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、日产气量和沼气中的甲烷体积分数，并降低沼气中硫化氢产量，建议将沼气生产温度控制在37℃.3 结论1）对于高浓度发酵，温度对发酵速率的影响是最主要因素，52℃发酵罐产气速率最大，产气高峰比37℃提前3天，37℃比30℃提前1天.2）37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量都是最大的.对TS为15%的发酵过程，37℃虽然发酵周期长于52℃，但发酵原料的利用更充分.52℃发酵适合于连续进料的快速产气过程，37℃更适合于充分消解原料过程.3）中国户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，沼气生产性能比19℃下生物质厌氧发酵更差.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、沼气品质，并降低沼气中硫化氢质量分数，建议将沼气生产温度控制在37℃.参考文献：［1］宁桂兴，申欢，文一波，等.农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究［J］.环境工程学报，2009，3（6）：1131-1134.［2］李东，马隆龙，袁振宏，等.华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究［J］.农业工程学报，2006，22（12）：176-179.［3］张苗蕾，张从良，李顺义，等.含水量对牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵的影响［J］.江苏农业科学，2009，6（1）：401-403.［4］FATMA A，YUTAKA N，NAOMICHI N.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture ［J］.Journal of Bioscience and 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