猪粪与玉米秆混合半连续厌氧发酵条件优化研究

为优化重庆地区农村户用沼气池的厌氧发酵过程,提高沼气产量和沼液化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率,采用均匀设计,研究了不同运行条件(总固体(total solid,TS)浓度,进料比和搅拌频率)对猪粪和玉米秆混合半连续厌氧发酵过程的影响,探讨了适宜条件下的微生物群落结构。结果表明,产气的适宜条件为TS 7%、进料比5%、搅拌频率2次/d;COD去除的适宜条件为TS 5%、进料比10%、搅拌频率1次/d;TS和搅拌频率越小,COD去除率越高,原料的利用程度越好。综上考虑,选择后者为猪粪与玉米秆混合发酵的最优条件,整个过程平均容积产气率为0.498 L/(L·d);增大换料程度后,产气率由0.405 L/(L·d)提升到0.592 L/(L·d),COD去除率为82.7%,且发酵环境中形成了稳定高效的微生物群落,其中细菌和古菌的优势种群都达到了微生物种群的80%以上,细菌主要是厚壁菌门(Firmicutes,占59.16%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,占26.89%),古菌主要是甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,占65.88%)和甲烷杆菌属(Methanobacterium,占18.01%)。本研究为户用沼气池的稳定产气和运行管理提供了科学依据。