馬旭光，江 滔，唐 瓊，常佳麗，羅 濤，梅自力※

（1.樂山師范學院化學學院，樂山 614000；2.農業(yè)部農村可再生能源開發(fā)利用重點實驗室，成都 610041）

0 引 言

中國作為世界上油菜作物最大種植國，油菜秸稈年產量約3000萬t（按谷草比1∶2.0計），其中四川省的年產量達500萬t[1]。由于油菜秸稈木質纖維素含量高且結構致密[2]，難以高效化利用。露天焚燒油菜秸稈的現(xiàn)象在中國仍普遍存在，尤其在四川省更為嚴重，是導致區(qū)域性和季節(jié)性霧霾空氣污染的主要因素[3-4]。厭氧發(fā)酵技術（anaerobic digestion,AD）因能將天然的木質纖維素物質轉化為清潔能源——甲烷，相對于物理、化學等方法具有能耗低、環(huán)境污染小、條件溫和等優(yōu)點，近年來利用該技術處理秸稈備受各國關注[5-6]。

目前農作物秸稈厭氧發(fā)酵研究多集中于玉米秸稈、水稻秸稈和小麥秸稈[7-10]，而針對油菜秸稈的相關研究還較少。油菜秸稈較其他農作物秸稈硫元素含量更低[11]，有利于降低生物天然氣脫硫提純成本，是理想的產甲烷原料，因此研究油菜秸稈產甲烷特性十分必要。然而，傳統(tǒng)的低含固率（total solid content,TS<10%）秸稈厭氧發(fā)酵工藝存在沼液排放量大、結渣嚴重、耗能高、運行成本高、容積產氣效率等問題，限制了該技術的推廣應用。近年來高含固率（TS≥10%）厭氧發(fā)酵工藝因能解決上述問題已成為該領域研究熱點，但啟動速度和產甲烷穩(wěn)定性仍有待提高[12-14]。多種原料共發(fā)酵是提高高含固率厭氧發(fā)酵工藝產甲烷性能的重要手段。一方面，在碳氮比（C/N）較高的單一秸稈中添加適量低C/N物料（如禽畜糞便）可以滿足厭氧發(fā)酵體系中微生物生長代謝的最佳營養(yǎng)需求，并提高產甲烷速率[14]；另一方面，混料發(fā)酵能增強發(fā)酵體系的緩沖能力而提高發(fā)酵穩(wěn)定性，還因能產生協(xié)同效應而增加甲烷產量[15]。除此之外，在規(guī)?；a沼氣工程中，多原料共發(fā)酵還能增強物料周年性供給能力。

盡管目前已有含固率對不同混合比糞秸產甲烷性能影響的研究，但由于原料的種類和性質以及發(fā)酵工藝的不同，結果有很大差異。有研究認為，在批次發(fā)酵工藝中，玉米秸稈和雞糞按揮發(fā)性固體質量（volatile solid content，VS）1∶1混合、TS=20%時容積產甲烷效率最高，按VS 3∶1混合、TS=5%時物料產甲烷效率最高[7]；油菜秸稈和牛糞按VS 1∶4混合、TS=15%時容積產甲烷效率最高[16]。還有研究表明，在連續(xù)發(fā)酵工藝中，玉米秸稈和牛糞按VS 1∶1混合、TS=15%時容積產甲烷效率最高[9]。由此可知，含固率和原料混合比對糞秸甲烷產量有很大影響，但目前還未見有不同含固率和混合比條件下的油菜秸稈和雞糞共發(fā)酵產甲烷特性的報道。

鑒于此，以油菜秸稈和雞糞為原料，首先通過生化甲烷潛力試驗確定不同混合比的油菜秸稈和雞糞甲烷潛力產量及其協(xié)同效應，然后研究含固率（TS=5%～20%）對二者不同混合比的原料甲烷產率、容積甲烷產率以及發(fā)酵過程穩(wěn)定性的影響，并對各處理產甲烷過程動力學特性進行模型分析，以期為油菜秸稈和禽畜糞便高含固率厭氧連續(xù)發(fā)酵工藝的快速啟動和穩(wěn)定產甲烷提供優(yōu)化參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

油菜秸稈（rape stalk，RS）來源于樂山市井研縣某秸稈機械加工廠，無霉變，粒徑<40目，干燥條件下保存?zhèn)溆?。雞糞（chicken manure，CM）來自于樂山市五通橋區(qū)某蛋雞養(yǎng)殖場，取新鮮雞糞（排泄12 h以內）保存于4℃低溫樣品貯存柜以防變質。厭氧活性污泥取自于樂山市夾江縣以豬糞為原料的正常產氣的戶用沼氣池，在實驗室自制的高含固率（TS=10%）連續(xù)產甲烷反應器中用雞糞馴化后，沉淀、棄上清液，使其TS>15%。

1.2 試驗方法

1.2.1 生化甲烷潛力試驗設計

生化甲烷潛力（biochemical methane potential，BMP）試驗是評估某一種原料或多種原料在一定厭氧發(fā)酵條件下可能產生最大甲烷產量的手段，被許多學者廣泛應用[7,17]。發(fā)酵裝置為500 mL自制厭氧反應器，乳膠塞密封，上部帶有出氣口，下部帶有出料口，以便發(fā)酵過程中取樣分析。有效反應容積為（400±5）mL，油菜秸稈和雞糞（以下簡稱“秸糞”）的混合比例按VS質量分數(shù)分別為100∶0，95∶5，90∶10，85∶15，80∶20和0∶100，物料和接種物的VS質量分數(shù)比均為1∶2，含固率的質量分數(shù)比均為5%。各處理的原料和接種物按上述比例充分混勻裝瓶后，充氮氣5 min以排除反應器內頂空的空氣，密封反應器后，將出氣口連接于0.5 L的鋁箔復合膜集氣袋（大連海德科技有限公司），置于立式恒溫培養(yǎng)箱（SPX-100，中新醫(yī)療儀器有限公司）在（37±1）℃中溫條件下發(fā)酵。每個處理設3個重復，對照組僅加接種物和水，含固率和體積均與對照組相同。每天手動搖各反應器2～3次，測定氣體體積及其成分。在發(fā)酵過程，根據(jù)實際產氣情況，取樣分析發(fā)酵物料的pH值和VFAs質量濃度。

1.2.2 含固率和物料混合比厭氧發(fā)酵試驗設計

發(fā)酵裝置為自制的帶有上下口的玻璃厭氧反應器，硅膠塞密封，上部帶有出氣口，下部帶有出料口（內徑約2 cm），以便發(fā)酵過程中取樣分析。反應器總容積為1000 mL，有效反應容積為（600±5）mL，含固率按質量分數(shù)分別設為5%，10%，15%和20%，油菜秸稈和雞糞的VS質量分數(shù)比分別為95∶5，90∶10，85∶15和80∶20，物料和接種物的VS質量分數(shù)比均為1∶1。集氣袋的體積為2 L，每個處理設2個重復，對照組只添加與處理組等體積的活性污泥。其余操作方法均與1.2.1節(jié)中的相同。

1.3 測定與分析方法

1.3.1 物料理化性質的測定方法

發(fā)酵物料的TS、VS、總堿度（total alkalinity，TA）分別用恒重法、灼燒法和溴甲酚綠-甲基紅指示劑滴定法（以CaCO3含量計），灰分含量為TS與VS的差值[18]。物料中的C，H，O，N元素組成用有機元素分析儀（PerkinElmer2400，美國）測定?？扇苄晕镔|、纖維素、半纖維素、木質素成分采用酸堿洗滌法(ANKOM2000，美國ANKOM公司）測定。pH值采用便攜式pH計測定（SX-610，上海三信儀表廠），固態(tài)物料先按質量比用蒸餾水將其稀釋5倍，充分震蕩浸泡5 min后再進行測定。揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids,VFAs）的含量采用高效液相色譜儀（LC-20A，日本島津公司）測定[19]。銨態(tài)氮（NH3-N）的測定采用分光光度計法（723S，上海奧析科學儀器有限公司）測定[20]。上述各指標的測定值均取3次重復的平均值。

1.3.2 產氣量和氣體成分的測定方法

產氣量采用排水法，并在標準狀況下（0℃，1.01×105Pa）對氣體體積進行矯正[21]。氣體中甲烷和二氧化碳含量采用氣相色譜法（GC-2014，日本島津公司）測定[16]。根據(jù)日產氣量和氣體成分即可分別計算出甲烷和二氧化碳的日產量。

1.3.3 物料降解率、協(xié)同效應和甲烷產率的評價方法

發(fā)酵物料的理論甲烷產量（theoretical methane yield，TMY）、試驗甲烷產量（experimental methane yield，EMP）、物料的生物降解性（anaerobic biodegradability，Bd）、混料甲烷產量協(xié)同效應評價、容積甲烷產量（volumetric methane production，VMP）分別用如下公式計算[7,22-24]：

式中n，a，b，c分別表示C，H，O，N元素的原子數(shù)。

式中TMY由公式（1）可計算出，用最初發(fā)酵物料添加的VS質量產生的甲烷體積來表示，mL/g。

式中Bd表示生物降解率，按實際甲烷產率與理論甲烷產率比值計算，%；EMY用整個發(fā)酵周期內累計甲烷產量（mL）除以最初發(fā)酵物料添加的VS質量，mL/g。

式中EMY’表示混料加權甲烷產量，mL/g；EMYRS表示油菜秸稈的試驗甲烷產量，mL/g；α和β分別表示混料共發(fā)酵中油菜秸稈和雞糞的VS質量，g；EMYCM表示雞糞的試驗甲烷產量，mL/g；最后根據(jù)EMY和EMY’的差值評價各處理之間產甲烷協(xié)同效應的顯著性[7]。

式中V1為整個發(fā)酵周期累計甲烷產量的80%，mL；V2為厭氧反應器總容積，mL；T80（the shortest technical digestion time）表示最短工藝發(fā)酵時間，用達到整個發(fā)酵周期累計甲烷產量80%時所需發(fā)酵天數(shù)來表示，d。

1.3.4 產甲烷動力學特性的分析方法

由于木質纖維素成分復雜，有一部分物質難以被微生物降解，之前被廣泛應用的一級動力學模型難以準確模擬秸糞的整個發(fā)酵過程[25]。對于批式厭氧發(fā)酵產甲烷過程而言，甲烷產量可表示為微生物生長的一個函數(shù)[26]。因此，采用目前被認為最適于描述S型曲線產甲烷潛力的動力學模型Modified Gompertz方程對各處理產甲烷進行擬合[27]：

式中M為t時刻的累計甲烷產量，mL/g；P為最終甲烷產量，mL/g；Rm為最大產甲烷速率，mL/(g·d)；λ為延滯期，d。P，Rm和λ均可通過批式發(fā)酵試驗數(shù)據(jù)擬合獲得。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

原始數(shù)據(jù)用Excel軟件標準化處理后，采用Sigmaplot 12.0軟件（Systat國際軟件公司，美國）制圖和Modified Gompertz方程擬合產甲烷動力學，采用SPSS17.0（IBM，美國）軟件在α=1%和α=5%水平上進行各處理間顯著性方差分析。

2 結果與討論

2.1 發(fā)酵原料和接種物的理化性質分析

發(fā)酵原料和接種物的理化性質見表1。由表1可知，油菜秸稈中的TS和VS含量均極顯著高于雞糞（P<0.01）。二者的C/N分別約為82.6和6.0，單一物料均不適宜厭氧發(fā)酵中微生物代謝營養(yǎng)需求[25]。油菜秸稈的堿度極顯著低于雞糞（P=0.002），說明在油菜秸稈中添加適量雞糞可能會提高共發(fā)酵體系的緩沖能力，以避免C/N較高的秸稈在發(fā)酵過程中VFAs的過度積累。另外，油菜秸稈中的纖維素、半纖維素和木質素含量均高于雞糞，但是可溶性含量明顯低于雞糞，說明雞糞中易被微生物降解的有機物含量高于油菜秸稈，韓婭新等也有類似結果[28]。

2.2 產甲烷協(xié)同效應

不同混合比秸糞的日產甲烷產量和甲烷含量見圖1。純接種物的對照組幾乎不產氣（圖中未顯示），忽略對各處理的影響。由圖1a可知，各處理的日甲烷產量變化趨勢基本一致：甲烷產量主要集中在發(fā)酵前期，從第1天開始產氣，之后產氣量逐漸上升，到達產氣高峰后逐漸下降，之前批式秸糞產甲烷研究也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律[7,16]。但是，油菜秸稈混合量較高的處理（RS∶CM=100∶0和95∶5）產氣高峰時間明顯晚于雞糞混合量高的處理，其高峰產氣量也較低，這可能與秸稈中可溶性有機物質含量低于雞糞有關。由圖1b可知，各處理甲烷含量從第2天開始逐漸上升，之后維持穩(wěn)定，說明各發(fā)酵體系接種物活性良好[23]，可能與發(fā)酵前采取馴化措施有關。但各處理在整個發(fā)酵周期的平均甲烷產量隨油菜秸稈混合比增加有降低的趨勢，純雞糞平均甲烷體積分數(shù)（61.8%）顯著高于純油菜秸稈（56.3%）（P=0.03），尤其是在發(fā)酵前期油菜秸稈（高C/N）添加量多的物料的甲烷含量明顯低于雞糞（低C/N）添加量多的物料，Li等也有類似研究結果[29]。這可能與原料C/N有關，過高C/N物料在發(fā)酵前期會產生的大量VFAs，由于水解酸化細菌繁殖快于產甲烷古菌，VFAs在甲烷菌未能及時利用的情況下會分解產生CO2，進而降低甲烷轉化效率[30-31]。

表1 原料和接種物的理化性質Table 1 Characteristics of substrates and inoculum

不同混合比秸糞的甲烷產量、生物降解性及協(xié)同效應分析結果見表2。由表2可知，混料物料的甲烷產量均高于2種單料，其中RS∶CM=90∶10的混料產甲烷效率最高（288.7 mL/g），分別比純油菜秸稈和純雞糞高30.4%、16.1%。究其原因，高含氮量的雞糞（4.7%）為高含碳量純油菜秸稈（57.8%）提供了厭氧發(fā)酵過程中的微生物生長代謝所需的氮素，避免了營養(yǎng)物質的失衡，進而增強了產甲烷菌活性并提高甲烷產量[7]。同時，油菜秸稈和雞糞混合物料的生物降解率（57.3%～68.9%）均高于純油菜秸稈（53.2%），這可能與禽畜糞便的生物可降解性普遍高于農作物秸稈有關[28]。與此相應，RS∶CM=90∶10、85∶15和80∶20時的甲烷產量均有顯著協(xié)同效應（P<0.05），可能由于3種混料的C/N（13.5～21.1）較適于厭氧微生物群生長代謝，與Mshandete等的研究結果基本吻合[32]。

圖1 不同混合比秸糞產甲烷潛力試驗的甲烷日產量和甲烷含量Fig.1 Daily methane yield and methane content from different mixtures of rape stalk(RS)and chicken manures(CM)in biochemical methane potential(BMP)test

表2 不同混合比秸糞的試驗甲烷產量、理論甲烷產量、生物可降解性及協(xié)同效應評估Table 2 Experimental methane yield,theoretical methane yield,biodegradability and synergistic effect evaluation from different mixtures of RS and CM in BMP test

2.3 產甲烷實時動態(tài)分析

含固率對不同混合比秸糞日甲烷產量的影響見圖2。由圖2可知，含固率對不同混合比秸糞日甲烷產量會產生明顯影響。首先，各處理日甲烷產量峰值和日平均甲烷產量隨含固率的增加呈降低的趨勢。當TS=5%時，RS∶CM=90∶10的最高日甲烷產量和日平均甲烷產量分別為27.2和3.2 mL/g，而當TS=20%時，該處理最高日甲烷產量和日平均甲烷產量分別僅為11.3和1.5 mL/g，說明物料的分解效率隨含固率的增加而降低，這與Amel等[13]的研究結果一致，原因在于高含固率發(fā)酵物料會限制中間代謝產物（包括液態(tài)的VFAs和氣態(tài)的H2和CO2等物質）的傳質效率。

圖2 不同含固率和混合比的秸糞甲烷日產量Fig.2 Daily methane production from different mixtures of RS and CM in different TS of anaerobic digestion(AD)tests

其次，秸稈混合比高的物料的產氣周期隨含固率的增加而延長。當TS=5%時，RS∶CM=80∶20和100∶0的產氣天數(shù)分別為32和35 d；而當TS=20%時，2種混合比物料的產氣天數(shù)分別延長至40和50 d。上述現(xiàn)象與Li等的研究不同[7]，可能是由于油菜秸稈較玉米秸稈更難被微生物分解所致[11]。再次，隨著含固率增加，混合物料的產甲烷過程穩(wěn)定性的優(yōu)勢愈加明顯。當含固率為10%～20%時，純油菜秸稈均出現(xiàn)先停止之后又恢復產氣的現(xiàn)象，且停止產氣的時間隨含固率的增加而延長，可能在于較高C/N的發(fā)酵物料緩沖性能較差，大量積累的VFAs抑制了甲烷菌活性[7,16]。另外，純雞糞在TS=15%和20%條件下的甲烷產量較TS=5%和10%明顯低（P<0.01），可能是由于較低的C/N和較差的物料流動性導致銨態(tài)氮局部積累并抑制了甲烷菌活性，在其他研究中也存在類似現(xiàn)象[7]。

含固率對不同混合比秸糞日甲烷含量的影響見圖3。

圖3 不同含固率和秸糞混合比的日甲烷含量Fig.3 Daily methane contents of biogas from different mixtures of RS and CM in different TSof AD tests

由圖3可知，不同混合比的秸糞物料甲烷含量隨含固率增加呈下降趨勢。當TS=5%和10%時，RS∶CM=85∶15，80∶20的甲烷含量顯著高于其他各處理（P<0.05），RS∶CM=0∶100的甲烷含量顯著高于（P<0.05）RS∶CM=100∶0，95∶5，但與RS∶CM=90∶10沒有顯著差異（P>0.05）；當TS=15%和20%時，各混料的甲烷含量均極顯著高于（P<0.01）單一物料，尤其是純雞糞的甲烷體積分數(shù)僅分別為21.2%和19.9%。由此可見，混合物料在高含固率（TS>10%）條件下甲烷含量高于單一物料，純雞糞可能更適合在低含固率（TS≤10%）下產甲烷。

2.4 產甲烷效率分析

含固率對不同混合比秸糞甲烷產率的影響見圖4。由圖4a可知，各處理的物料甲烷產率均隨含固率的增加呈下降趨勢，這說明增加含固率會降低物料的分解轉化效率[13,33]。當TS=5%和10%時，純油菜秸稈的物料甲烷產率均極顯著低于其他各處理（P<0.01）；當TS=15%和20%時，純油菜秸稈和純雞糞的物料甲烷產率均極顯著（P<0.01）低于混合物料。其中，RS∶CM=90∶10的物料（C/N=21.1）甲烷產率在各含固率條件下均最高，分別為237.3，224.4，188.7和162.9 mL/g，分別是純油菜秸稈的2.1，2.5，2.7和2.6倍，是純雞糞的1.4，1.5，4.1和4.3倍。在接種比、含固率、C/N相似的情況下，明顯高于Li等[7]報道的產甲烷效率，可能與接種物用雞糞馴化有關。另外需要指出的是，在含固率相同（TS=5%）的條件下，本節(jié)各處理甲烷產量均低于上文2.2節(jié)中的甲烷潛力試驗，推測由接種比不同所致。由此可知，在高含固率秸糞產甲烷體系中，除物料的含固率和混合比外，接種物性質和接種量對甲烷產量的影響也需要考慮。

圖4 不同含固率和秸糞混合比的物料甲烷產率和容積甲烷產率比較Fig.4 Comparison of special methane production rate and volumetric methane production rate from different mixtures of RS and CM in different TS of AD tests

由圖4b可知，TS=5%時各處理容積甲烷產率明顯低于TS=10%～20%，這說明低含固率發(fā)酵不利于提高容積甲烷產率，其原因在于高含固率發(fā)酵體系中發(fā)酵原料更多。當TS=10%時，RS∶CM=90∶10的容積甲烷產率最高（0.50 mL/(mL·d)），分別是純油菜秸稈和純雞糞的4.0、1.2倍；當TS=15%時，RS∶CM=80∶20的容積甲烷產率最高（0.51 mL/(mL·d)）；當TS=20%時，RS∶CM=90∶10、85∶15和80∶20的容積甲烷產率比TS為5%～15%低13.6%～41.3%。由此推測，20%的含固率可能是油菜秸稈和雞糞高含固率共發(fā)酵產甲烷的極限。Amel等認為含固率30%是高含固率發(fā)酵產甲烷的極限[13]。由此可知，不同物料高效產甲烷的含固率閾值不盡相同。特別指出的是，在規(guī)?；a沼氣工程中，在原料充足的前提下，關注容積甲烷產率比物料產甲烷率更有現(xiàn)實意義。綜合上述研究結果，油菜秸稈和雞糞共發(fā)酵高效產甲烷的適宜含固率和混合比分別為10%和90∶10（按VS計）。

2.5 產甲烷過程穩(wěn)定性評價

研究表明，高含固率物料的不穩(wěn)定產甲烷過程和較低甲烷產率是由于水解細菌、酸化細菌、乙酸化細菌以及產甲烷古菌之間的代謝失調引起的[34]，不適宜的C/N、低pH值、大量積累的VFAs、高濃度的氨氮是形成各功能微生物菌群代謝失調的主要因素[35-36]。為此，基于上述指標評價在TS=5%，10%，20%時甲烷產率較低的2個單料處理（RS∶CM=100∶0和0∶100）和甲烷產率最高的混料處理（RS∶CM=90∶10）發(fā)酵過程穩(wěn)定性（見表3）。

表3 含固率對不同混合比秸糞產甲烷過程中pH值、氨氮、揮發(fā)性脂肪酸、堿度的影響Table 3 Changes of pH value,NH3-N,VFAs and alkalinity from different mixtures of RS and CM in different TS during AD process

VFA/TA值能綜合反映厭氧發(fā)酵體系中VFAs積累程度與緩沖能力[7]。由表3可知，各處理發(fā)酵過程中的VFA/TA均呈先增加后降低的趨勢，但在不同含固率條件下，單料和混料的VFA/TA值有明顯差異：當TS=5%時，3種混合比物料發(fā)酵過程中的VFA/TA值均小于0.6；當TS=10%和20%時，純油菜秸稈在第7天的VFA/TA分別高達1.96和1.77，結合之前產甲烷情況（圖2和圖3），說明低含固率厭氧發(fā)酵過程中的VAF/TA較高含固率更穩(wěn)定，這是由于低含固率下物料和接種物更易混勻且代謝產物傳質效果更好[13]，而高比值的VFA/TA會抑制產甲烷菌的活性進而影響產甲烷的穩(wěn)定性。此外，純雞糞在TS=20%時VFA/TA始終保持在較低水平（0.19～0.60），但產甲烷效率仍很低（見圖4），說明VFA/TA值并不能真實反映產甲烷穩(wěn)定性，這與Li等[7]認為“當VFA/TA高于0.8時厭氧發(fā)酵過程會明顯受抑制”的結論相矛盾。

VFA/TA比值取決于VFAs濃度和總堿度，而VFAs濃度是物料水解酸化及其消耗程度的綜合反映，總堿度與氨氮濃度呈正相關[37]，pH值是發(fā)酵體系中酸堿物質的綜合結果。由表3可知，各處理在整個發(fā)酵過程中，VFAs濃度均呈先增加后降低的趨勢，氨氮濃度逐漸增加，pH值先降低后增加，說明物料的水解酸化反應主要發(fā)生在發(fā)酵前期，但如果中間代謝產物不能被及時轉化為甲烷，就會導致VFAs的大量積累，pH值和總堿度也會隨之降低。在TS=10%和20%時的第7天，RS∶CM=100∶0的VFAs質量分數(shù)分別為9.8，11.5 g/kg，RS∶CM=0∶100的VFAs質量分數(shù)分別為8.6、10.6 g/kg，但pH值卻截然相反，純油菜秸稈pH值分別低至6.5和6.2，而純雞糞的pH值均為7.9。究其原因，純油菜秸稈的氨氮濃度和堿度低于純雞糞，說明發(fā)酵過程穩(wěn)定性受含固率和物料C/N的共同影響，RS∶CM=90∶10在不同含固率下均能保持高效穩(wěn)定產甲烷得益于其適宜的C/N（21.1）（見表2）。值得注意的現(xiàn)象是，純油菜秸稈在發(fā)酵結束時，各項指標均恢復到正常水平，而純雞糞的VFAs和氨氮濃度仍較高，這也解釋了純雞糞在高含固率（15%和20%）條件下甲烷產量低的原因。綜上分析，VFA/TA值更適用于評價高C/N物料產甲烷過程穩(wěn)定性，而對于低C/N物料而言，氨氮濃度更能反映產甲烷過程真實狀況。

2.6 產甲烷過程動力學分析

不同含固率和混合比秸糞的產甲烷過程動力學特性結果見表4。由表4可知，Modified Gompertz模型能較好地反映各處理產甲烷過程（R2為0.992～0.999），各處理P，Rm，λ和T80均與試驗值基本吻合?；旌衔锪系腞m值高于單一物料，說明混料發(fā)酵和低含固率有利于提高原料生物降解效率和物料甲烷產率。λ值和T80隨雞糞添加量的增加而減小，而隨含固率的增加而升高，可能與高含固率物料難以有效攪拌而均質性差有關。物料甲烷產率和容積甲烷產率均較高的處理RS∶CM=90∶10（TS=10%），T80為13.59 d，因此建議在規(guī)?；a甲烷工程啟動階段，固體滯留時間（solid retention time，SRT）可設為14 d。

表4 不同含固率和混合比秸糞產甲烷修正Gompertz模型的動力學參數(shù)Table 4 Kinetic parameters of modified Gompertz model of different mixtures of RSand CM indifferent TS duringAD process

3 結論

1）油菜秸稈和雞糞混料發(fā)酵的產甲烷潛力、物料甲烷產率和容積甲烷產率均顯著高于單一物料。

2）當含固率（TS）≥15%時，不同混合比秸糞的物料甲烷產率和容積甲烷產率較TS≤10%時均顯著降低。

3）當TS=10%時，油菜秸稈RS∶雞糞CM=90∶10的物料甲烷產率和容積甲烷產率均較高，分別為224.4和0.50 mL/(mL·d)，分別是純油菜秸稈的2.5倍和4.0倍，是純雞糞的1.5倍和1.2倍。

4）揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）過度積累和高氨氮（TA）濃度分別是高C/N物料和低C/N的純雞糞產甲烷過程受抑制的主要原因，VFA/TA和氨氮濃度是評價不同C/N物料產甲烷過程穩(wěn)定性的重要指標。

5）本研究獲得的較優(yōu)啟動參數(shù)為：RS∶CM=90∶10、TS=10%、SRT=14 d，可為連續(xù)發(fā)酵產甲烷工藝提供參考。

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