貂糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣潛力研究

趙勝楠　解 嬌　趙葉明　龐鳳仙　高海　程曉東　崔彥如

摘要[目的]研究不同料液比對貂糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響，為以貂糞為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵及貂糞的多樣化處理提供參考。[方法]以貂糞為原料，沼液為接種物，35 ℃恒溫厭氧發(fā)酵，比較不同料液比對貂糞產(chǎn)氣效果的影響。[結(jié)果]試驗表明，發(fā)酵料液配比為1∶2時，貂糞更易降解，產(chǎn)氣量高。試驗初步確定貂糞發(fā)酵的水力滯留時間為21 d。料液總固體（TS）濃度為6.0%時，貂糞的產(chǎn)氣潛力為345.7 mL/g TS，350.3 mL/g揮發(fā)性固體（VS）。[結(jié)論]貂糞是一種無需調(diào)碳氮比且產(chǎn)沼氣潛力很高的發(fā)酵原料。

關(guān)鍵詞貂糞；沼氣發(fā)酵；產(chǎn)氣潛力

中圖分類號S216.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）31-0207-03

Abstract[Objective] Study on the effects of different ratio of solid to liquid mink feces biogas production of mink dung， in order to provide reference for the biogas fermentation and the variety treatment of mink feces. [Method] Using the mink dung as raw material， biogas slurry as inoculum， 35 ℃ constant temperature anaerobic fermentation， the effects of different liquid ratio on gas production of mink feces were compared. [Result]The results show that mink dung was more easily degraded and produced more gas when the ratio of fermented liquid was 1∶2. The preliminary test confirmed that the HRT of mink dung fermentation was 21 d. When the total liquid solid （TS） concentration was 6%， the gas production potential of mink dung was 345.7 mL/g TS， 350.3 mL/g VS. [Conclusion] Mink dung is a fermentation material with high potential for producing biogas without adjust carbonnitrogen ratio.

Key wordsMink dung；Biogas fermentation；Biogas potential

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)也迅速發(fā)展，由此產(chǎn)生的大量畜禽糞便成為我國農(nóng)村和城市郊區(qū)養(yǎng)殖場亟需解決的重大問題。如果不經(jīng)處理隨意排放這些畜禽糞便，不僅易造成農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，而且會傳播疾病，嚴(yán)重威脅人類健康[1]。利用沼氣發(fā)酵技術(shù)，不僅能有效處理這些畜禽糞便，還能改善環(huán)境，同時產(chǎn)生沼氣等可再生利用的生物質(zhì)能源，具有顯著的社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

近年來，隨著寵物貂市場及皮草服裝行業(yè)的快速發(fā)展，貂類養(yǎng)殖迅速崛起。貂作為珍貴的毛皮動物，對飼料要求很高，需要高蛋白、維生素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，而食物在貂的腸道中停留時間很短，因此貂糞中含有很多未被消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)。貂糞中粗蛋白含量達(dá)20.50%、蛋氨酸高達(dá)1.56%、鈣磷含量分別達(dá)到5.69%和3.50%，是再利用價值很高的發(fā)酵原料。目前貂糞基本上用做農(nóng)業(yè)用肥和牲畜飼料（雞、豬），但由于其肥力過高，需要發(fā)酵稀釋后才能使用[2]。筆者以貂糞為原料，在料液總固體（TS）質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%和6%的情況下，進(jìn)行貂糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗，為以貂糞為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵提供一定的參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1發(fā)酵原料。

發(fā)酵原料貂糞和豬糞取自吉林省綠城農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司養(yǎng)殖場。貂糞：經(jīng)測定，其TS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.0%，揮發(fā)性固體（VS）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.7%，pH為6.9。豬糞：經(jīng)測定，其TS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.0%，VS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為934%，pH為6.4。

1.1.2接種物。

取吉林省綠城農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司牛糞發(fā)酵產(chǎn)物的沼液上清液為厭氧發(fā)酵的接種物，經(jīng)測定，其TS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%，VS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.0%，pH為7.8。

1.1.3發(fā)酵裝置。

采用實驗室自制的膠封1 000 mL血清瓶作為批量式發(fā)酵裝置（圖1），用TESTO 511壓力測定儀測定瓶內(nèi)壓力值并換算出產(chǎn)生的沼氣量。

1.2方法

1.2.1原料預(yù)處理。

將采集來的原料貂糞中的砂石等雜物篩揀分離出來，以便減少對試驗結(jié)果的影響。

1.2.2料液配比。

貂糞發(fā)酵試驗由對照組和試驗組構(gòu)成，2組均設(shè)有3個平行。發(fā)酵料液的具體配方如下。

試驗組：A組為貂糞∶沼液為1∶1，TS為23.0%的貂糞870 g加TS為4.0%的沼液500 mL；B組為貂糞∶沼液為1∶2，TS為23.0%的貂糞43.5 g加TS為4.0%的沼液500 mL。

對照組：A為對比組，豬糞∶沼液為1∶2，TS為18.0%的豬糞55.6 g加TS為4.0%的沼液500 mL；B組為空白對照組，只加TS為4.0%的沼液600 mL。

該試驗中，運用智能數(shù)字顯示溫控儀監(jiān)測，確保恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)溫度控制在（35±0.2）℃，以保證中溫厭氧發(fā)酵的正常進(jìn)行。試驗周期為21 d，每日定時記錄厭氧發(fā)酵沼氣產(chǎn)量和所產(chǎn)沼氣的成分。

1.2.3測試項目與方法。

pH的測定：采用雷磁DZS-708 多參數(shù)分析儀測定。

TS含量測定：將樣品置于烘箱，調(diào)節(jié)至105 ℃。烘干至恒重，用電子天平精確稱量后，計算樣品除去水分后干物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]。

VS含量測定：將TS測定完畢后的恒重總固體置于馬弗爐中。調(diào)節(jié)溫度至550 ℃，燒至恒重，用電子天平精確稱量。計算揮發(fā)性物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[3]。

氣體成分分析：試驗啟動之后，每天定時用GC-2014C 島津氣相色譜分析儀測定其氣體組分含量。

2結(jié)果與分析

2.1發(fā)酵前后發(fā)酵液的TS、VS及pH變化

由表1可知，試驗組A和B料液發(fā)酵前后的TS及VS均有一定程度的降低，其原料的TS利用率分別為18.50%和21.50%，VS利用率分別為6.33%和10.67%，表明在一定程度上貂糞被沼液中的發(fā)酵微生物有效分解。但B組的TS利用率和VS利用率明顯高于A組，這與B組接種物含量較高有關(guān)，發(fā)酵料液配比為1∶2時，對貂糞具有更好的降解效果。對照組A豬糞的TS利用率為27.67%，VS利用率為10.39%，說明貂糞雖然TS降解率低于豬糞，但VS降解率高，具有很好的發(fā)酵潛力。4組試驗發(fā)酵前后料液pH稍有升高，但幅度不大，對照組B的pH變化極小。

2.2產(chǎn)氣情況分析

2.2.1累計總產(chǎn)氣量。

如圖2所示，21 d累計總產(chǎn)氣量對照組A的產(chǎn)氣量最高，其次為試驗組B、試驗組A、對照組B。試驗組A數(shù)據(jù)低于試驗組B，這是由于底物濃度高，發(fā)酵菌種含量低，發(fā)酵不完全導(dǎo)致的。從數(shù)據(jù)中可以看出，試驗組B總產(chǎn)氣量雖然沒有對照組A產(chǎn)氣量高，但是差異不顯著，試驗組B具有很高的發(fā)酵潛力。如圖3所示，第1天產(chǎn)氣量高是由于從試驗啟動第3天開始檢測產(chǎn)氣量，隨后每日檢測。從第3天至第19天，試驗組B和對照組A平穩(wěn)均勻產(chǎn)氣，且高于其余2組。21 d總?cè)莘e產(chǎn)氣率試驗組B高于對照組A，說明貂糞中可消化的有機(jī)質(zhì)含量高于豬糞。

2.2.2氣體組分分析。

豬糞是很好的沼氣發(fā)酵原料，具有較高的產(chǎn)氣潛力。如表2所示，雖然試驗組B甲烷和氫氣的產(chǎn)氣量低于對照組A，但數(shù)值仍處于較高水平，是很好的發(fā)酵底物。

2.2.3甲烷產(chǎn)量。

如圖4所示，試驗組B和對照組A甲烷總產(chǎn)氣量處于較高水平，兩組間差異不大。由圖5可知，試

驗組B和對照組A每日甲烷容積產(chǎn)氣率呈波動上行趨勢，其余2組產(chǎn)量極少。第11天，出現(xiàn)波谷值是由于放置時間較長，發(fā)酵瓶容積有限未設(shè)有攪拌裝置，發(fā)酵底物沉積瓶底，菌種不能充分接觸所致。通過振蕩攪拌，充分混勻，第12天恢復(fù)產(chǎn)氣。同樣情況出現(xiàn)在第17天，此時發(fā)酵底物已基本反應(yīng)完全。19 d后產(chǎn)氣率持續(xù)下降，發(fā)酵底物已反應(yīng)完全，21 d試驗終止。

2.3產(chǎn)沼氣潛力分析

試驗后計算貂糞的產(chǎn)氣潛力，結(jié)果見表3。試驗選擇的接種物為發(fā)酵后TS含量為4.0%的沼液500 mL，而文獻(xiàn)中其他糞便類沼氣發(fā)酵接種物多采用TS含量為10%以上的發(fā)酵活性污泥[3]，加水定容至400 mL，這

也是該試驗產(chǎn)氣量高的原因。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[3]，換算出標(biāo)準(zhǔn)TS、VS產(chǎn)氣率，以便于和其他糞便類發(fā)酵原料平行比較。

為了較為全面地評價貂糞的產(chǎn)沼氣潛力，對中溫發(fā)酵的各類糞便發(fā)酵原料的TS產(chǎn)氣情況進(jìn)行比較。從表4可以看出，在糞便類沼氣發(fā)酵原料中，貂糞的TS產(chǎn)氣率較高，分別是牛糞的1.15倍和雞糞的1.12倍。根據(jù)相關(guān)研究，糞便的碳氮比對發(fā)酵影響很大，如豬糞和人糞都需要通過調(diào)節(jié)適宜碳氮比方可正常發(fā)酵，而貂糞則可省略此環(huán)節(jié)，且同等條件下，與常見畜禽糞便如牛糞等TS產(chǎn)氣水平相近。這表明貂糞是一種產(chǎn)沼氣潛力很高的發(fā)酵原料。

3結(jié)論

（1）以貂糞為原料，35 ℃下進(jìn)行批量式沼氣厭氧發(fā)酵試驗，試驗周期為21 d，試驗啟動時間較短，第3天開始產(chǎn)甲烷。

（2）貂糞的產(chǎn)氣潛力為345.7 mL/g TS，350.3 mL/g VS，是比較理想的沼氣糞便發(fā)酵原料。

（3）貂糞產(chǎn)甲烷主要集中在厭氧發(fā)酵周期的前19 d，隨后產(chǎn)氣量持續(xù)下降，21 d試驗終止。因此，可初步確定貂糞發(fā)酵的水力滯留時間為21 d。采用貂糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是切實可行的，且能源利用率高。在糞便類原料中，貂糞作為發(fā)酵原料具有一定優(yōu)勢，TS產(chǎn)氣潛力相對較高，這可為以貂糞為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵提供一定的參考依據(jù)，也為貂糞的多樣化處理提供了一種新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 路娟娟，張無敵，劉士清，等.羊糞沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣潛力的試驗研究[J].可再生能源，2006（5）：29-31.

[2] 高晴霄，肖振國，劉遠(yuǎn)建，等.貂糞的利用技術(shù)[J].山東畜牧獸醫(yī)，2009，30（5）：20.

[3] 吉喜燕，林衛(wèi)東，張無敵，等.鴿糞中溫發(fā)酵產(chǎn)沼氣潛力的實驗研究[J].中國沼氣，2015，33（3）：51-55.

[4] 張無敵.沼氣發(fā)酵殘留物利用基礎(chǔ)[M].昆明：云南科技出版社，2002.

[5] 宋立，鄧良偉，尹勇，等.羊、鴨、兔糞厭氧消化產(chǎn)沼氣的實驗與特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（10）：277-282.

[6] 楊斌，馬煜，張無敵，等.象糞中溫發(fā)酵產(chǎn)沼氣的實驗研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（S2）：85-89.

[7] 雷宇，馬煜，劉士清，等.寵物狗糞便厭氧發(fā)酵試驗研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（S2）：102-106.

[8] 張成，馬煜，張無敵，等.野豬糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣潛力研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（S2）：70-74.

[9] 周曉慶，馬煜，張無敵，等.斑馬糞便的沼氣發(fā)酵潛力研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（6）：33-36.

[10] 劉麗春，李秋敏，郭德芳，等.熊貓糞和竹子葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣效果比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（11）：4994-4996.

[11] LI Y J，LIU L C，YANG B，et al.Experimental study on biogas production by mesophilic fermentation for rabbit dung[J].Advanced materials research，2013，763：160-164.

[12] 李秋敏，張無敵，尹芳，等.兩種接種物對熊糞厭氧消化產(chǎn)沼氣效果的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（33）：16318-16319，16332.