重金属锌对鸡粪厌氧消化产甲烷特性的影响
发布时间：2021-11-29 03:35
为了探讨重金属Zn对厌氧消化产甲烷的影响机制,在高温条件下（55℃）,研究了添加外源Zn对鸡粪厌氧消化过程产甲烷特性的影响。结果表明:Zn对沼液中的VFA浓度和pH值产生明显的影响。随着鸡粪（风干样）中Zn浓度的增加,累积甲烷产生量呈先升高再降低的趋势,当鸡粪中Zn≤454.2 mg·kg-1可使日甲烷产生量最大值较早出现,并对厌氧消化有一定的促进作用,当Zn≥554.2 mg·kg-1时可推迟甲烷产生量最大值出现时间,并对厌氧消化产生明显的抑制作用（p≤0.05）。Zn浓度是影响沼液中水解酶活性的重要影响因素之一,当Zn≤454.2 mg·kg-1时,可提高纤维素酶和蔗糖酶活性,当Zn≥554.2 mg·kg-1时,对纤维素酶和蔗糖酶活性产生明显的抑制作用（p≤0.05）,但Zn浓度对沼液中脲酶活性的影响不显著,同时,沼液中的纤维素酶、蔗糖酶和脲酶活性与其累积产甲烷量均呈显著正相关（p≤0.05）。表明Zn可能通过影响沼液中的VFA浓度,pH值以及水解酶活性而影响厌氧消化进程和累积甲烷产生量。
【文章来源】：中国沼气. 2018,36(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同浓度Zn处理甲烷日产量变化趋势
?Zn≥554．2mg·kg－1时，显著抑制厌氧消化的进行，图1不同浓度Zn处理甲烷日产量变化趋势图2不同浓度Zn处理累积甲烷产量的差异降低累积甲烷产生量。这可能是因为低浓度Zn对厌氧微生物活性具有一定的激活效应，提高微生物群落对聚合物类碳源的转化和利用能力，累积甲烷产生量升高，反之，累积甲烷产生量减少［19，23］。2．2不同浓度Zn处理厌氧消化前后沼液中VFA浓度变化分析VFA是厌氧消化过程的重要中间产物，甲烷菌主要利用VFA形成甲烷［4］。由图3可见，CK、添加Zn处理消化起始沼液中的VFA浓度分别为5866．7mg·L－1和5906．7～5996．3mg·L－1，添加Zn处理沼液中的VFA浓度均与CK差异不显著，说明Zn对消化起始沼液中的VFA浓度影响不明显。消化结束后，CK和添加Zn处理沼液中的VFA浓度均有不同程度的下降，分别下降到4273．3mg·L－1和4276．7～4586．3mg·L－1，除Zn100，Zn200处理与CK差异不显著，其余加Zn处理均显著高于CK(p≤0．05)，说明了添加Zn可提高消化末期沼液中的VFA浓度，此研究结果与李亚红［24］等人研究结果一致。分析其原因，主要是因为高浓度Zn对甲烷菌产生较强的毒害作用，使甲烷菌活性降低，VFA分解率下降，并出现积累，导致沼液中VFA浓度升高。图3厌氧消化前后沼液中VFA浓度变化2．3不同浓度Zn处理厌氧消化前后沼液pH值变化分析一般认为甲烷菌适宜的pH值为6．8～7．8，低中国沼气ChinaBiogas2018，36(6)32
于6．5或高于8．0都会对其产生明显的抑制［25］。由图4可见，不同处理厌氧消化起始pH值为7．2～7．7，有利于甲烷菌的生长，且添加Zn处理沼液pH值均与CK差异不显著，说明Zn对消化起始沼液的pH值影响不明显。消化结束后，CK和添加Zn处理沼液pH值均有不同程度的升高，分别升高到8．0和8．2～8．5，除Zn100处理与CK差异不显著，其余加Zn处理均显著低于CK(p≤0．05)，且沼液pH值随Zn浓度的升高而降低，说明添加Zn会对沼液pH值产生明显的影响。分析其原因，主要是因为高浓度的Zn导致沼液中VFA的积累(见图3)，从而使其pH值下降。图4厌氧消化始末沼液的pH值2．4不同浓度Zn对沼液中水解酶活性的影响厌氧消化分为水解、产氢产乙酸和产甲烷3个阶段［17］，其中，消化底物不同，工艺条件不同，厌氧消化的限速步骤也处在不同阶段，有研究表明，以鸡粪为消化底物时，水解阶段是整个厌氧消化过程的限速步骤［26］，而纤维素酶、蔗糖酶、脲酶等水解酶活性高低又决定着水解的速度，因而水解酶活性与沼气产量存在着直接的关系［19，27］。由图5可见，CK，Zn100，Zn200，Zn300，Zn400，Zn500处理沼液中的纤维素酶活性分别为4．52，4．86，4．73，4．61，3．34，3.22mg·g－1d－1，Zn100，Zn200，Zn300处理均高于CK，但差异不显著，而Zn400，Zn500处理较CK显著降低26．1%，28．8%(p≤0．05)。同样，Zn100，Zn200，Zn300处理沼液中的蔗糖酶活性均高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu2+对有机废物联合发酵产乳酸的影响[J]. 张婷,李君,张文娟,李响,刘亚男. 环境工程学报. 2017(08)
[2]不同有机物添加接种物产甲烷差异分析[J]. 武春燕,卜玉山. 环境工程学报. 2017(02)
[3]外源Cu、Zn对猪粪与玉米秸秆混合物料产甲烷特性影响机理分析[J]. 陈芬,余高,武春燕,张吴平,李筱梅,卜玉山. 环境科学学报. 2016(12)
[4]腐殖质对污泥厌氧消化的影响及其屏蔽方法[J]. 郝晓地,唐兴,曹亚莉. 环境科学学报. 2017(02)
[5]3种畜禽粪便产气特性差异分析[J]. 陈芬,李伟,刘奋武,张吴平,李筱梅,卜玉山. 环境工程学报. 2015(09)
[6]Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China[J]. Hui Wang,Yuanhua Dong,Yunya Yang,Gurpal S.Toor,Xumei Zhang. Journal of Environmental Sciences. 2013(12)
[7]微量元素对沼气厌氧发酵的影响[J]. 张万钦,吴树彪,郎乾乾,董仁杰. 农业工程学报. 2013(10)
[8]Cu对厌氧发酵中水解酶活性及沼气产量的影响[J]. 陈琳,谷洁,高华,秦清军,王小娟,陈智学. 农业工程学报. 2012(09)
[9]不同原料配比对厌氧发酵过程中产气量VFA和脱氢酶活性的影响[J]. 张洪宾,谷洁,孙薇,高华,王小娟. 农业环境科学学报. 2012(02)
[10]施用鸡粪对土壤与小白菜中Cu和Zn累积的影响[J]. 张妍,罗维,崔骁勇,时鹏,吕永龙. 生态学报. 2011(12)
本文编号：3525760
【文章来源】：中国沼气. 2018,36(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同浓度Zn处理甲烷日产量变化趋势
?Zn≥554．2mg·kg－1时，显著抑制厌氧消化的进行，图1不同浓度Zn处理甲烷日产量变化趋势图2不同浓度Zn处理累积甲烷产量的差异降低累积甲烷产生量。这可能是因为低浓度Zn对厌氧微生物活性具有一定的激活效应，提高微生物群落对聚合物类碳源的转化和利用能力，累积甲烷产生量升高，反之，累积甲烷产生量减少［19，23］。2．2不同浓度Zn处理厌氧消化前后沼液中VFA浓度变化分析VFA是厌氧消化过程的重要中间产物，甲烷菌主要利用VFA形成甲烷［4］。由图3可见，CK、添加Zn处理消化起始沼液中的VFA浓度分别为5866．7mg·L－1和5906．7～5996．3mg·L－1，添加Zn处理沼液中的VFA浓度均与CK差异不显著，说明Zn对消化起始沼液中的VFA浓度影响不明显。消化结束后，CK和添加Zn处理沼液中的VFA浓度均有不同程度的下降，分别下降到4273．3mg·L－1和4276．7～4586．3mg·L－1，除Zn100，Zn200处理与CK差异不显著，其余加Zn处理均显著高于CK(p≤0．05)，说明了添加Zn可提高消化末期沼液中的VFA浓度，此研究结果与李亚红［24］等人研究结果一致。分析其原因，主要是因为高浓度Zn对甲烷菌产生较强的毒害作用，使甲烷菌活性降低，VFA分解率下降，并出现积累，导致沼液中VFA浓度升高。图3厌氧消化前后沼液中VFA浓度变化2．3不同浓度Zn处理厌氧消化前后沼液pH值变化分析一般认为甲烷菌适宜的pH值为6．8～7．8，低中国沼气ChinaBiogas2018，36(6)32
于6．5或高于8．0都会对其产生明显的抑制［25］。由图4可见，不同处理厌氧消化起始pH值为7．2～7．7，有利于甲烷菌的生长，且添加Zn处理沼液pH值均与CK差异不显著，说明Zn对消化起始沼液的pH值影响不明显。消化结束后，CK和添加Zn处理沼液pH值均有不同程度的升高，分别升高到8．0和8．2～8．5，除Zn100处理与CK差异不显著，其余加Zn处理均显著低于CK(p≤0．05)，且沼液pH值随Zn浓度的升高而降低，说明添加Zn会对沼液pH值产生明显的影响。分析其原因，主要是因为高浓度的Zn导致沼液中VFA的积累(见图3)，从而使其pH值下降。图4厌氧消化始末沼液的pH值2．4不同浓度Zn对沼液中水解酶活性的影响厌氧消化分为水解、产氢产乙酸和产甲烷3个阶段［17］，其中，消化底物不同，工艺条件不同，厌氧消化的限速步骤也处在不同阶段，有研究表明，以鸡粪为消化底物时，水解阶段是整个厌氧消化过程的限速步骤［26］，而纤维素酶、蔗糖酶、脲酶等水解酶活性高低又决定着水解的速度，因而水解酶活性与沼气产量存在着直接的关系［19，27］。由图5可见，CK，Zn100，Zn200，Zn300，Zn400，Zn500处理沼液中的纤维素酶活性分别为4．52，4．86，4．73，4．61，3．34，3.22mg·g－1d－1，Zn100，Zn200，Zn300处理均高于CK，但差异不显著，而Zn400，Zn500处理较CK显著降低26．1%，28．8%(p≤0．05)。同样，Zn100，Zn200，Zn300处理沼液中的蔗糖酶活性均高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu2+对有机废物联合发酵产乳酸的影响[J]. 张婷,李君,张文娟,李响,刘亚男. 环境工程学报. 2017(08)
[2]不同有机物添加接种物产甲烷差异分析[J]. 武春燕,卜玉山. 环境工程学报. 2017(02)
[3]外源Cu、Zn对猪粪与玉米秸秆混合物料产甲烷特性影响机理分析[J]. 陈芬,余高,武春燕,张吴平,李筱梅,卜玉山. 环境科学学报. 2016(12)
[4]腐殖质对污泥厌氧消化的影响及其屏蔽方法[J]. 郝晓地,唐兴,曹亚莉. 环境科学学报. 2017(02)
[5]3种畜禽粪便产气特性差异分析[J]. 陈芬,李伟,刘奋武,张吴平,李筱梅,卜玉山. 环境工程学报. 2015(09)
[6]Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China[J]. Hui Wang,Yuanhua Dong,Yunya Yang,Gurpal S.Toor,Xumei Zhang. Journal of Environmental Sciences. 2013(12)
[7]微量元素对沼气厌氧发酵的影响[J]. 张万钦,吴树彪,郎乾乾,董仁杰. 农业工程学报. 2013(10)
[8]Cu对厌氧发酵中水解酶活性及沼气产量的影响[J]. 陈琳,谷洁,高华,秦清军,王小娟,陈智学. 农业工程学报. 2012(09)
[9]不同原料配比对厌氧发酵过程中产气量VFA和脱氢酶活性的影响[J]. 张洪宾,谷洁,孙薇,高华,王小娟. 农业环境科学学报. 2012(02)
[10]施用鸡粪对土壤与小白菜中Cu和Zn累积的影响[J]. 张妍,罗维,崔骁勇,时鹏,吕永龙. 生态学报. 2011(12)
本文编号：3525760
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