三种畜禽粪便与玉米秸秆混合及Cu、Zn含量对其产甲烷特性的影响

发布时间：2020-06-22 23:32

【摘要】：为了解厌氧发酵原料特性与累积甲烷产生量的关系,提高畜禽粪便和玉米秸秆的高效资源化利用。本研究对鸡粪、猪粪、牛粪和玉米秸秆的单一物料、混合物料进行高温厌氧发酵试验,对其产甲烷特性进行了研究,同时研究了不同Cu、Zn含量对三种畜禽粪便(鸡粪、猪粪和牛粪)与玉米秸秆混合物料厌氧发酵产甲烷特性的影响。主要结论如下：(1)对不同采样点鸡粪、猪粪和牛粪中重金属元素Cu、Zn、Pb、Cr、Cd和Ni含量的测定结果表明,鸡粪、猪粪和牛粪中Cu、Zn含量均相对较高,鸡粪中Cu含量为48～146 mg·kg~(-1),Zn含量为253～600 mg·kg~(-1);猪粪中Cu含量为401～1158 mg·kg~(-1),Zn含量为587～1249 mg·kg~(-1);牛粪中Cu含量为7～81 mg·kg~(-1),Zn含量为19～327mg·kg~(-1)。(2)根据挥发性固体(VS)含量的差异对厌氧发酵原料进行初步筛选,鸡粪、猪粪和牛粪各筛选3个样点,3个样点鸡粪的VS分别为51.3%、85.8%和64.4%；猪粪的VS分别为60.5%、51.3%和73.0%；牛粪的VS分别为86.8%、38.8%和74.8%。然后对3个采样点的鸡粪、猪粪和牛粪进行单一高温(55±1℃)厌氧发酵试验,并对其产甲烷特性进行比较研究。结果表明：鸡粪5号样、猪粪7号样和牛粪17号样的累积甲烷产生量最多,分别为3896、4986和5597 mL。对发酵过程中挥发性固体(VS)、pH值、NH4+-N以及发酵物料自身的C/N与其累积甲烷产生量的进行相关性分析得知,发酵液中的NH4+-N含量是影响三个样点鸡粪累积甲烷产生量差异的主要影响因素；发酵物料自身的C/N是影响三个样点牛粪累积甲烷产生量差异的主要影响因素。(3)对鸡粪5号样、猪粪7号样和牛粪17号样的产甲烷特性差异分析结果表明：累积产气量以牛粪最高,为5597 mL,其次为猪粪,鸡粪最低,为3896 mL；三种畜禽粪便发酵原料VS降解率及其粗蛋白和粗脂肪含量与其累积甲烷产生量呈负相关,而三种畜禽粪便碳水化合物和粗纤维含量及其发酵过程C/N下降幅度与其累积甲烷产生量呈正相关；厌氧发酵过程中,鸡粪发酵液NH4+-N含量显著高于猪粪和牛粪,后期高达2348.33mg·L-1,鸡粪较猪粪和牛粪产气时间短,累积产气量少。可见,三种畜禽粪便自身的有机物质组成差异是厌氧发酵累积甲烷产生量的重要影响因素。(4)对三种畜禽粪便与玉米秸秆不同配比的产甲烷特性进行比较研究,结果表明：鸡粪、猪粪、牛粪与玉米秸秆不同配比的日甲烷产生量变化趋势一致；鸡粪3：1、猪粪2：1和牛粪1：1的累积甲烷产生量最高,其累积甲烷产生量分别为8504、6051和6072 mL。厌氧发酵结束后,TS、VS和VFA的下降率以及C/N下降幅度均与累积甲烷产生量呈正相关,表明厌氧发酵过程中TS、VS、VFA和C/N的变化均可反映三种畜禽粪便与玉米秸秆混合发酵物料累积甲烷产生量的多少。同时,在发酵结束后,三种畜禽粪便与玉米秸秆不同配比发酵液中的NH4+-N含量均有不同程度的升高,且以鸡粪玉米秸秆不同配比发酵液中的NH4+-N含量最高,为1382.4～1863.4 mg·L-1,说明发酵液中NH4+-N含量是影响鸡粪与玉米秸秆不同配比累积甲烷产生量的主要影响因素。(5)不同Cu含量对三种畜禽粪便与玉米秸秆混合物料产甲烷特性影响的研究。结果表明：厌氧发酵过程中,不同Cu含量处理的畜禽粪便(鸡粪、猪粪和牛粪)与玉米秸秆的混合物料日甲烷产生量变化趋势均基本一致；累积甲烷产生量与Cu含量呈负相关。CK的累积甲烷产生量均高于其它处理,鸡粪与玉米秸秆的CK处理(Cu含量为169.14 mg·kg~(-1))累积甲烷产生量为7970 mL,猪粪与玉米秸秆的CK处理(Cu含量481.42mg·kg~(-1))累积甲烷产生量最为7444 mL,牛粪与玉米秸秆的CK处理(Cu含量为109.34mg·kg~(-1))累积甲烷产生量为8248 mL。(6)重金属Cu对发酵体系中的水解酶活性产生抑制作用。研究结果表明,Cu处理鸡粪与玉米秸秆和猪粪与玉米秸秆中的纤维素酶活性、蔗糖酶活性和脲酶活性均与其累积甲烷产生量呈显著正相关；Cu处理牛粪与玉米秸秆的纤维素酶活性和蔗糖酶活性与其累积甲烷产生量呈显著正相关,而脲酶活性与其累积甲烷产生量相关性不显著。(7)利用SPASS软件对三种畜禽粪便与玉米秸秆中实际Cu含量与其累积甲烷产生量进行回归分析得出,鸡粪与玉米秸秆3：1混合物料中Cu含量≥623.8 mg·kg~(-1)时,对厌氧发酵进程产生抑制作用,此时,其累积甲烷产生量为5523.9 mL,比CK降低30.7%。牛粪与玉米秸秆1：1混合物料中Cu含量≥509.8 mg·kg~(-1)时,对厌氧发酵进程产生抑制作用,此时,其累积甲烷产生量为7089.5 mL,比CK降低14.1%。(8)不同Zn含量对三种畜禽粪便与玉米秸秆混合物料产甲烷特性影响的研究结果表明：不同Zn含量处理的畜禽粪便(鸡粪、猪粪和牛粪)与玉米秸秆的日甲烷产生量变化趋势均基本一致；鸡粪与玉米秸秆中Zn含量与其累积甲烷产生量呈负相关,猪粪与玉米秸秆中Zn含量与其累积甲烷产生量呈显著负相关,牛粪与玉米秸秆中Zn含量与其累积甲烷产生量呈正相关。鸡粪与玉米秸秆混合物料厌氧发酵时,Zn100处理(Zn含量为502.26 mg·kg~(-1))的累积甲烷产生量最多,为7499 mL；猪粪与玉米秸秆混合物料厌氧发酵时,CK处理(Zn含量666.22 mg·kg~(-1))的累积甲烷产生量最多,为7666 mL；牛粪与玉米秸秆混合物料厌氧发酵时,Zn200处理(Zn含量为345.6 mg·kg~(-1))的累积甲烷产生量最多,为8260 mL。表明在发酵体系中添加适量的Zn,可以促进发酵物料的累积甲烷产生量。(9)Zn对鸡粪与玉米秸秆、猪粪与玉米秸秆体系中的水解酶活性有抑制作用,对牛粪与玉米秸秆中的水解酶活性有促进作用。鸡粪与玉米秸秆、猪粪与玉米秸秆和牛粪与玉米秸秆中的纤维素酶活性和蔗糖酶活性均与其累积甲烷产生量呈显著正相关,而脲酶活性与其累积甲烷产生量相关性不显著。(10)利用SPASS软件对三种畜禽粪便与玉米秸秆中实际Zn含量与其累积甲烷产生量进行回归分析得出,鸡粪与玉米秸秆3：1混合物料中最优Zn含量为522.1 mg·kg~(-1),其累积甲烷产生量最高,为7655.8 mL。猪粪与玉米秸秆2：1混合物料中最优Zn含量为720.9 mg·kg~(-1)时,其累积甲烷产生量为7587.3 mL。牛粪与玉米秸秆1：1混合物料中最优Zn含量为414.5 mg·kg~(-1)时,其累积甲烷产生量为7924.7 mL。
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.4
【图文】：

Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｄａｉｌｙ邋ｍｅ化ａｎｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｔｒｅｎｄ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｃｈｉｃｋｅｎ邋ｍａｎｕｉ＊ｅ逡逑在整个厌氧发酵过程中鸡粪２号样、４号样和５号样的累积甲持产生量分别为２３０９、逡逑％３８和３８９５ｍＬ邋（见图２－３），鸡粪５号样累积甲烧产生量显著高于鸡粪２号样４０．７％和鸡逡逑粪４号样３２．３％邋（尸￡０．０５），而鸡粪２号样和鸡粪４号样差异不显著。可见，在整个厌氧发逡逑酵过程中，鸡粪５号样产甲烧时间最长，为３０邋ｄ，累积甲婉产生量最多，其次为鸡粪４号逡逑样，而鸡粪２号样产甲晓时间最短，为２７邋ｄ，甲院产生量最少。逡逑４５００逡逑ｑ逦ａ逡逑Ｊ邋４０００邋－逦工逡逑３５００邋－逡逑ｃ逡逑０逡逑咖亏３０００邋－逦ｂ逡逑站邋ｓ逦ｂ逦Ｉ＿Ｌ逡逑心

本文编号：2726426