2 结果与分析

鸡粪和接种污泥的理化指标如表2所示。

表2 鸡粪及接种污泥的特性Table 2 Characteristics of chicken manure and inoculation sludge %原料 MaterialsTS含量TS contentVS含量VS content碳含量Carbon content氮含量Nitrogen content纤维素含量Cellulose content半纤维素含量Hemicellulose content木质素含量Lignin content鸡粪 Chicken manure 30. 接种污泥 Inoculation sludge3.—————注：TS和VS为基于湿基的测定结果，其他指标为基于干基的测定结果Note：TS and VS are the measurement results based on wet basis；other indices are the measurement results based on dry basis

2.1 Fe2+和Ni2+对鸡粪沼气产量的影响产气量是衡量厌氧发酵系统内有机物降解程度的重要指标之一。由图1a可知，不同处理组在经过不同的滞留期后，沼气日产量逐渐提高，处理1、处理2和对照组分别在第11、15和15天出现沼气日产量峰值，其峰值分别为39.6、35.3和28.3 mL/(g·d)，结果表明处理1、处理2产甲烷峰值分别比对照组提高了28.5%和19.8%。从图1b可以看出，处理1、处理2沼气累积产量分别为609.7和563.5 mL/g，这比未添加金属元素的对照组分别提高了17.5%和10.7%。Preeti Rao等[18]在鸡粪厌氧系统中添加20 mmol/L FeSO4(1 120 mg/L Fe2+)使产甲烷效率提高了40%。Wang等[19]研究了Fe2+对葡萄糖厌氧产氢的影响，结果表明当Fe2+浓度为300和350 mg/L 时，H2产量分别比未添加Fe2+的对照组提高了55.7%和60.2%。Williams等[20]研究表明，在鸡粪发酵系统中即使Ni元素含量高达253 μmol/L的情况下，添加10 μmol/L Ni2+仍使沼气产量提高了5%；这些研究结果表明适量添加Fe和Ni元素能有效促进有机物的厌氧消化代谢。

图1 Fe2+和Ni2+对鸡粪厌氧消化沼气产量的影响Fig.1 Effect of Fe2+and Ni2+on the biogas production of chicken manure by anaerobic digestion

2.2 Fe2+和Ni2+对发酵过程中pH的影响从图2可以看出，各处理组的pH整体上呈现先下降后上升的趋势；第5天，处理1、处理2和对照组的pH分别由初始值7.00下降到6.88、6.59和6.74。pH在发酵初期先下降可能是由于鸡粪中的可溶性蛋白质和可溶性糖快速降解产酸引起的，随着后续有机物水解产酸过程和产甲烷过程的同步进行，酸碱平衡逐渐维持稳定，在发酵进行至15 d以后，pH逐渐升高并稳定在适宜产甲烷菌生长代谢的范围内(6.8～7.8)[21]。Xie等[22]在猪粪与青贮牧草的厌氧消化启动阶段中也发现pH由初始值先降至6.5后逐渐上升并逐渐维持在7.0左右。从图2还可以看出，虽然处理1的pH在第5天出现低谷，但经过5 d的发酵迅速从6.59提高至6.90(10 d左右)。这表明Ni2+能有效促进厌氧发酵初期产生的挥发性有机酸的甲烷化，维持系统中的“酸碱平衡”。

图2 发酵过程中pH的变化趋势Fig.2 Change trend of pH during the fermentation process

2.3 Fe2+和Ni2+对总挥发性脂肪酸(TVFA)含量的影响图3反映处理1、处理2和对照组厌氧消化过程中总挥发性脂肪酸(TVFA)含量的变化趋势。从图3可以看出，各处理组TVFA含量整体上呈现先下降后上升的趋势。处理1、处理2在第5天获得最大的产酸量，其TVFA峰值分别为16.51 和15.79 g/L。然而，对照组在发酵前期TVFA含量持续上升，在第10天达到最大值(15.22 g/L)。从TVFA峰值出峰时间可以看出，添加金属元素的试验组(处理1、处理2)在试验初期促进了有机物的水解酸化，这可能是由于Fe等金属元素促进了细菌中胞外水解酶的分泌[7]。从图3还可以看出，处理1、处理2 TVFA达到峰值后迅速下降，15 d后其TVFA含量明显低于对照组，处理1、处理2和对照组TVFA的降解速率分别为1 000.5、550.8和560.0 d-1，这表明添加适量的Fe2+可加快挥发性脂肪酸的甲烷化速率[10]。从图3还可以看出，第30天处理1、处理2 TVFA含量迅速降至0.50 g/L以下，然而对照组TVFA含量为4.12 g/L，这表明适量的金属元素可在一定程度上降低挥发性脂肪酸累积的风险。

图3 发酵过程中总挥发性脂肪酸含量的变化趋势Fig.3 Change trend of total volatile fatty acids contents during the fermentation process

2.4 Fe2+和Ni2+对可溶性COD(SCOD)的影响图4反映出处理1、处理2和对照组的SCOD在发酵初期(1～10 d)分别从初始值7.50 g/L 逐渐提高到了218.56、18.84和22.76 g/L，通过前文同期TVFA的含量可进一步计算得出，处理1、处理2、对照组TVFA约占SCOD的89.0%、83.8%和66.9%，这表明在初期发酵阶段厌氧消化液中主要的可溶性有机物为挥发性有机酸。随着厌氧消化的进行，处理1、处理2SCOD迅速下降，试验结束后发酵液中最终SCOD分别为3.60、6.20和9.35 g/L，试验结果表明添加适量的金属元素有效促进了SCOD的快速降低。Zhang等[23]研究也发现添加Fe元素使含硫有机废水的COD去除率由58.2%提高到87.4%。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0126/475.html

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