不同沼液回流比对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵性能的影响分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.06.008

河南农业科学 ›› 2023, Vol. 52 ›› Issue (6): 70-80.DOI: 10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.06.008

不同沼液回流比对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵性能的影响分析

朱教宁^1,2,3,4，高莉⁵，张静璇⁵，李永平^1,2,3,4，汤昀^1,2,3,4，史向远^1,2,3,4，王秀红^1,2,3,4

（1.山西农业大学山西有机旱作农业研究院，山西太原 030031；2.省部共建有机旱作农业国家重点实验室（筹），山西太原 030031；3.农业农村部有机旱作农业重点实验室（部省共建），山西太原 030031；4.有机旱作农业山西省重点实验室，山西太原 030031；5.山西农业大学资源环境学院，山西太原 030031）

收稿日期:2023-01-17 出版日期:2023-06-15 发布日期:2023-07-10
通讯作者: 李永平（1979-），男，内蒙古察右中旗人，副研究员，博士，主要从事农业废弃物资源化利用研究。E-mail：woshiliyongping@163.com
作者简介:朱教宁（1986-），女，山西孝义人，助理研究员，硕士，主要从事农业废弃物资源化利用研究。E-mail：zjning1986@126.com
基金资助:
山西省重点研发计划项目（202102140601012）；山西省农业科学院农业科技创新研究课题（YCX2020YQ19，YGC2019TD07）；“十四五”国家重点研发计划项目（2021YFD1901105）；山西省科技重大专项计划“揭榜挂帅”项目（202101140601026）；山西农业大学“特”“优”农业高质量发展科技支撑工程项目（TYGC-29）

Effects of Different Biogas Slurry Reflux Ratio on Anaerobic Fermentation Performance by Co⁃digestion of Chicken Manure and Corn Stover

ZHU Jiaoning^1,2,3,4，GAO Li⁵，ZHANG Jingxuan⁵，LI Yongping^1,2,3,4，TANG Yun^1,2,3,4，SHI Xiangyuan^1,2,3,4，WANG Xiuhong^1,2,3

（1. Shanxi Academy of Organic Dryland Agriculture，Shanxi Agricultural University，Taiyuan 030031，China；2.State Key Laboratory of Integrative Sustainable Dryland Agriculture（in preparation），Taiyuan 030031，China；3.Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture Co⁃constructed by Ministry of Agriculture and Rural affairs and Shanxi Province，Taiyuan 030031，China；4.Shanxi Province Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture，Taiyuan 030031，China；5.College of Resources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taiyuan 030031，China）

Received:2023-01-17 Published:2023-06-15 Online:2023-07-10

摘要/Abstract

摘要： 为明确沼液回流对厌氧发酵特性的影响，以鸡粪和玉米秸秆为混合发酵原料，设置0（对照）、25%、50%、75%、100% 5个不同回流比，在中温（35 ℃）条件下进行半连续式厌氧发酵试验，通过测定和分析产气指标、发酵料液的理化性质及化学需氧量（COD）去除率，确立鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比。结果表明，回流比为25%时，系统产气效果最好，甲烷总产量为96.87 L，较对照（90.90 L）提高6.56%；COD平均去除率最高，为62.40%，较对照（60.22%）提高2.18个百分点；此时，发酵系统的pH值及挥发性脂肪酸（VFA）、氨氮、COD质量浓度等均较稳定，发酵系统处于稳定状态（VFA/TA<0.3）。当回流比>25%时，VFA、氨氮、COD质量浓度等开始随回流比的提升而增加，甲烷总产量和COD去除率则随回流比的提升而逐渐降低。回流比提升至75%、100%时，VFA、氨氮质量浓度在其发酵周期内随发酵时间的延长而快速增长，出现明显累积，此时游离氨（FAN）平均质量浓度分别为303.14、522.15 mg/L，大大超过了FAN的抑制限值（200 mg/L）。回流比为50%、75%、100%时，甲烷总产量分别为87.08、79.31、69.66 L，较对照分别降低4.20%、12.76%、23.37%；COD平均去除率分别为48.46%、37.85%、29.56%，较对照分别降低11.76、22.37、30.66个百分点。回流比为50%时，VFA/TA<0.3，发酵系统处于稳定状态；回流比为75%、100%时，VFA/TA>0.3，发酵系统不稳定。综上，鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵适宜的回流比为25%，回流比过高时会引发厌氧发酵系统VFA和氨氮的累积，抑制产气。

关键词: 沼液, 回流比, 鸡粪, 玉米秸秆, 混合厌氧发酵, 发酵性能

Abstract: In order to clarify the influence of biogas slurry reflux on anaerobic fermentation performance，experiments with different reflux ratios，0（control），25%，50%，75%，100% were carried out under the condition of mesophilic temperature（35℃）with chicken manure and corn stover as co⁃digestion materials by semi⁃continuous anaerobic fermentation.Parameters such as gas production，physical and chemical properties of the slurry and chemical oxygen demand（COD）removal rate were analyzed to establish the optimum biogas slurry reflux ratio of anaerobic co⁃digestion of chicken manure and corn stover.The results showed that the maximum total methane production 96.87 L，6.56% higher than that of the control（90.90 L）and the highest COD average removal rate 62.40%，2.18 percentages points higher than that of the control（60.22%）were obtained at the reflux ratio of 25%. The changes of pH，VFA，ammonia nitrogen and COD in the fermentation system were steady and the ratio of volatile fatty acids to total alkalinity（VFA/TA）less than 0.3 indicated the stability of the fermentation system.VFA，ammonia nitrogen and COD increased，the total methane production and COD degradation rate gradually decreased with the increase of reflux ratio when the reflux ratio was greater than 25%.When the reflux ratios were increased to 75%，100%，VFA and ammonia nitrogen increased rapidly with the extension of fermentation time，showing accumulation in the fermentation system，and the average contents of free ammonia（FAN）were 303.14，522.15 mg/L，respectively，which greatly exceeded the limit of FAN inhibition（200 mg/L）.When the reflux ratios were 50%，75%，100%，the total methane productions were 87.08，79.31，69.66 L，respectively，which were 4.20%，12.76%，23.37% lower than the control，and the COD average removal rates were 48.46%，37.85%，29.56%，respectively，which were 11.76，22.37，30.66 percentage points lower than that of the control group.The VFA/TA less than 0.3 indicated the stability of the fermentation system when the reflux ratio was 50%，and the VFA/TA more than 0.3 indicated the instability of the fermentation system when the reflux ratios were 75%，100%.In conclusion，the optimal reflux ratio is 25%.Excessive slurry reflux ratio enhances the accumulation of VFA andammonia nitrogen and inhibits the gas production in the anaerobic fermentation system.

Key words: Biogas slurry, Reflux ratio, Chicken manure, Corn stover, Anaerobic co?digestion, Fermentation performance

中图分类号:

S14
S216.4

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不同沼液回流比对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵性能的影响分析

Effects of Different Biogas Slurry Reflux Ratio on Anaerobic Fermentation Performance by Co⁃digestion of Chicken Manure and Corn Stover

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