关于玉米秸秆对畜禽粪便厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响

陈珊珊 张佳薇 何泽

摘要：本论文通过研究不同初始pH值及原料配比对猪粪和玉米秸秆混合厌氧发酵后沼渣沼液重金属重金属含量的影响,为探索猪粪和玉米秸秆混合厌氧厌氧发酵后沼渣沼液中重金属的含量变化,并评估其作为肥料的安全性,为指导农业生产和沼渣沼液的安全合理利用提供科学的理论数据。

关键词：玉米秸秆；畜禽粪便；厌氧发酵；沼渣；沼液；重金属；含量；影响

1、引言

大中型沼气工程技术，是一项以开发利用养殖场粪污为对象，以获取能源和治理环境污染为目的，实现农业生态良性循环的农村能源工程技术。沼渣是沼气工程中有机物质发酵后剩余的固形物质，沼渣富含有机质、腐殖酸、微量营养元素、多种氨基酸、酶类和有益微生物等，能起到很好的改良土壤的作用。沼渣还含有氮、磷、钾等元素，能满足作物生长的需要。沼渣在综合利用过程中，具有速效、迟效两种功能，可作基肥和追肥。沼液是沼气工程中有机物质经发酵后形成的褐色明亮的液体，含有各类氯基酸、维生素、蛋白质、生长素、糖类、核酸及抗生素等。沼液主要用于浸种、叶面喷肥、拌营养土及保花保果剂、无土栽培母液、种养花卉等。然而，由于经济效益的需求，畜禽饲料中普遍含有大量的cu，zn，as，cd及其他微量元素添加剂，导致畜禽粪便中含有大量的cu，zn，as，cd等重金属。因此，当沼气工程以畜禽粪便为发酵底物时，发酵后沼渣沼液中含有高浓度的重金属，若将其施入农田，将会会对农田土壤和作物产生不良影响。因此，采取科学、有效的方法降低沼渣沼液中重金属含量是十分必要的。

2、畜禽粪便厌氧发酵后对沼渣沼液的影响

厌氧发酵是指废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生的变化，液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌。液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段主要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲烷和CO2同时利用产酸阶段产生的氢将CO2还原成甲烷。厌氧发酵的影响因素有:原料配比，厌氧发酵的碳氮比以20-30为宜，当碳氮比在35时产期量明显下降;温度在35-40℃为宜;pH值对于甲烷细菌来说，维持弱碱环境是绝对必要的，它的最佳pH范围为6.8-7.5，pH值低，它使CO2大增，大量水溶性有机物和H2S产生，硫化物含量的增加抑制了甲烷菌的生长，可以加石灰调节pH，但是调整pH的最好方法是调整原料的碳氮比，因为底质中用以中和酸的碱度主要是氨氮，底质含氮量越高，碱度越大，当VFA(挥发性脂肪酸)>3000时，反应会停止。厌氧发酵利用厌氧微生物的转化作用，将垃圾中大部分可生物降解的有机物质进行分解，转化为沼气的处理方式。厌氧发酵是一种成熟的垃圾能源化技术，将垃圾转化成沼气后，便于输送和储存，热值高，燃烧污染小，用途广泛。

沼肥由沼液及沼渣组成。沼液及治渣总称为沼肥，是生物质经沼气池厌氧发酵的产物。据测定，沼液中含有丰富的氮、磷、钾、钠、钙等营养元素。沼渣中除含上述成分外，还含有有机质、腐植酸等。经有关部门研究分析，沼肥中的全氮含量比堆沤肥提高40%-0%，全磷比堆沤肥高40%-50%，全钾比堆沤肥高80%-90%，作物利用率比堆沤肥提高10%-20%。此外，沼液和沼渣中还含有微量元素和17种氨基酸以及多种微生物和酶类，对促进作物和畜、禽、鱼的新陈代谢，以及防治某些作物病虫害有显著作用。在农业生产中，沼液及沼渣常用于浸种、叶面施肥、防虫、喂猪、盆栽、种柑橘、种梨、种西瓜、种蔬菜、旱士有积、种水稻、种烤烟、种花生、养鱼、栽培蘑菇、养殖蚯蚓等。沼液及招渣综合利用技术在促进农民增收，实现农业无公害生产，建设农村小康社会中正发挥越来越重要的作用。沼气水肥(沼液)，占肥总量的88%左右;二是固体残渣(沼渣)，占肥总量的12%左右。沼液含速效氮、磷、钾等营养元素，还含有锌、铁等微量元素。据测定，含全氮为0.062%-0.11%，铵态氮为200-600毫克/公斤，速效磷20-90毫克/公斤。速效钾400-1100毫克/公斤。因此，沼液的速效性很强，养分可利用率高，能迅速被作物吸收利用，是一种多元速效复合肥料。

研究表明：以畜禽粪便为发酵原料的沼气工程,在不同发酵条件下经厌氧发酵,发酵后的沼渣沼液中的重金属含量如何变化,若其施入土壤,是否会对土壤和作物的安全性会产生不利的影响。这些问题直接影响沼肥的安全合理利用,但国内外少有研究。

3、不同初始pH值对猪粪和秸秆混合厌氧发酵前后重金属含量的比较

对于猪粪中重金属含量,玉米秸秆中各重金属含量相对于猪粪中含量很少,因此发酵前发酵原料中重金属含量只计算了猪粪中重金属含量,玉米秸秆中含量忽略不计。猪粪和秸秆混合厌氧发酵前发酵原料原料即猪粪中重金属含量及不同初始pH值对发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响如表1所示。

表1不同初始pH值对发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响

（mg.kg^-1）

由上可知,当pH值为6时,沼肥中重金属Cr,Cu,Zn,As,Cd,Pb含量最大,为原料中各相应重金属含量的97.79%,9.24%,0.13%,73.11%,4.98%,227.81%;当pH值为6.5时,重金属Zn,As含量最小,为原料重金属Zn,As含量的0.10%，56.79%;当pH值为7时,重金属Cr,Cd,Pb含量最小,为原料重金属Cr,Cd,Pb含量的75.70%,22.92%,181.95%;当pH值为7.5时,重金属Cu含量最小,为原料重金属Cu含量的8.82%。在不同初始pH值条件下,沼肥中重金属Cr,Cu,Zn,As,Cd,Pb含量变化较小;与原料猪粪中重金属含量相比,沼肥中重金属Cr,As,Cd,Pb含量的变化较小,而沼肥中重金属Cu,Zn含量变化明显。因此猪粪与玉米秸秆混合厌氧发酵后沼肥（沼渣+沼液)中重金属Cr,Cu,Zn,As,Cd含量均较发酵前原料中相应重金属含量低,而重金属Pb含量较发酵前原料中重金属Pb含量高,即通过厌氧发酵,pH值在6-7.5范围内时,重金属Cr,Cu,Zn,As,Cl含量有不同幅度的减少,而重金属Pb含量升高。

4、降低禽畜粪便厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的方法

(1)将玉米秸秆和青鱼胆草按照质量比为10∶1-3的比例混合后粉碎处理，置于纤维素溶液中浸泡处理15-20min，固液分离后得到第一发酵底物；纤维素酶溶液中纤维素酶酶活性为50-80u/ml，纤维素酶溶液的ph值为6.0-7.0，纤维素酶溶液浸泡时固液体积比为2∶5-9。

(2)将禽畜粪便固液分离后，收集得到固体粪便，得到第二发酵底物。

(3)将第一发酵底物和第二发酵底物按照质量比为1∶15-20的质量比混合后，向其中加入水，加水后总固体质量为8-12％，接种接种物后进行发酵处理，得到低金属沼渣和待处理沼液；将人畜粪便进行密闭堆沤，10天后制得沼气发酵接种物。发酵处理时的温度为58-62℃，初始发酵时，发酵液的ph值为6.8-7.3。

(4)向待处理沼液中投入改性蒙脱石吸附处理后，得到低金属含量的沼液，其中改性蒙脱石采用以下方法制成：将蒙脱石、负离子粉按照质量比为20∶1的比例混合混合后，加入至800-850℃的炉中煅烧处理2-3小时后，得到改性改性蒙脱石。每千克待处理沼液中投入80-100g改性蒙脱石。

5、结束语

为了实现沼渣沼液的有效安全利用,在高温(55℃)条件下,研究以玉米秸秆作为调节剂对畜禽粪便厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响。结果表明,玉米秸秆添加量是影响畜禽粪便沼渣沼液中重金属含量的重要影响因素之一。

参考文献：

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