中高温条件下木薯渣厌氧发酵产甲烷潜力及特性研究

摘要

本文以木薯（Manihot esculenta Crantz）加工产生的木薯渣有机固废为研究对象，探究其在中温（37±1）℃、高温（60±1）℃下，不同发酵TS（Total Solids）质量分数分别为10%、20%和30%及接种量质量分数为30%和50%的序批式发酵特性，明确了木薯渣厌氧消化的产气潜力，产气规律及微生物群落分布特征，并通过修正的Gompertz模型对累积产甲烷量进行了相关性拟合。结果表明，高温组产气效率显著高于中温组，且高温发酵仅需3～6 d即达到产气峰值，相较中温缩短6～9 d。以TS质量分数为10%、接种量质量分数为50%的实验组的产气量、甲烷含量最好，平均甲烷体积分数为54%，原料产气率为666.48 mL·g^-1TS，产甲烷率为346.96 mL·g^-1TS,SCOD（Soluble Chemical Oxygen Demand）降解率达到71.25%。在探究微生物群落分布特征中，不同试验组在细菌/古细菌门水平和属水平的差异中优势菌群受温度和TS影响较大，高温条件能够促进氢营养型甲烷代谢的优势菌群如Methanobacterium（49.84%）和Methanoculleus（24.92%）显著富集，使反应系统获得更好的甲烷收率。从结果可以得出，以木薯渣单独作为沼气发酵原料，控制适宜的TS浓度，提升接种量和发酵温度，能够在短时间内获得理想的沼气回收率。该研究结果可为木薯渣厌氧发酵的工艺优化提供参考。

关键词

木薯渣 / 中高温 / 厌氧发酵 / 影响因子 / 微生物群落分布

基金资助

国家自然科学基金青年基金项目（2500008229）