猪粪干式沼气发酵中试研究

生猪规模化养殖的发展在局部地区产生了大量猪粪,干式沼气发酵作为一种处理猪粪的技术手段,具备不需要稀释、沼液量少、容易等优势。笔者在已有小试的基础上,进行了为期12个月的猪粪连续干发酵中试。每日产气量,每月沼气成分、进出料的TS,VS,pH值,氨氮等指标的监测结果表明,该中试能正常产气,基本能顺利进出料,大多数月份甲烷含量稳定在53%以上,平均容积产气率为0.162 m^3·m^(-3)d^(-1),平均原料产气率为0.112m^3·kg^(-1)TS,pH值稳定在7.8~8.5之间,游离氨浓度在400 mg·L^(-1)以下基本不存在氨抑制问题,具备工程上推广应用的潜力。但是,由于没有升温保温,该中试的产气效率低,且产气不稳定。

猪粪干发酵出料流动性的研究

物料流动性是影响猪粪干式沼气发酵的重要因素,文章采用流速表征物料的流动性,参考污泥输送流速,并模拟生产规模干式沼气发酵工程,确定猪粪干发酵物料流动的临界流速为6 mm·s^(-1)。以猪粪干式沼气发酵残余物为对象,研究了发酵残余物总固体(TS)含量、出料管管径、出料管进出口高度差对发酵残余物物料流动性的影响。物料下降过程平均流速测试结果表明,TS含量越小,管径越大,高度差越大,流动性越好。TS 18%和TS 19%的物料,在管径75~150 mm的出料管中,在高度差100~800 mm下,都具有流动性。TS 20%的物料,在管径125~150 mm的出料管中,在高度差达到100 mm时,具有流动性;在管径75~100 mm的出料管中,只有在高度差达到300 mm时,才具有流动性。TS 21%的物料,在管径150,125,100,75 mm的出料管中,只有高度差分别达到300,400,600,800 mm时,才具有流动性。TS 22%的物料,在管径75~125 mm的出料管中,在高度差100~800 mm下,都没有流动性;在管径150 mm的出料管中,只有在高度差达到600 mm时,才具有流动性。

猪粪与树叶沼气干式发酵转录水平的微生物群落及丰度

[目的]在转录水平上分别研究猪粪和树叶为基质的沼气干发酵过程中古菌与细菌的类群演替规律,以及甲烷合成关键酶基因mcr A和16S rRNA基因的丰度变化。[方法]通过Barcoded高通量测序获取沼气发酵原核微生物群落组成,利用定量PCR技术获得mcr A和16S rRNA基因丰度,通过皮尔森(Person)指数的计算,分析发酵系统中各微生物类群间的相关性。[结果]猪粪发酵过程细菌和古菌优势类群分别为严格梭菌属(Clostridium sensu stricto1,在不同发酵时期的细菌群落结构占比17%~29%)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,古菌群落占比19%~79%),树叶发酵为互营单胞菌属(Syntrophomonas,细菌群落占比9%~38%)和甲烷囊菌属(Methanoculleus,古菌占比22%~88%);转录水平上不同发酵时期细菌与古菌的丰富度(Richness)分别在263~462和56~162;每毫升发酵物中mcr A、古菌和细菌的16S rRNA基因拷贝数变化范围分别为2.6×107~1.5×10^(10),3.9×10^(7)~3.3×10^(10),1.2×108~2.1×10^(11)。[结论]皮尔森相关性分析表明了许多类群间的表达丰度存在显著关联;树叶沼气发酵过程始终为氢营养型的甲烷菌主导(在各时期甲烷菌总类群的占比为63%~96%),这同基因组水平的相关研究存在一定差异。