禽畜粪污共消化技术评估：富集接种物对沼气生产的增效机制及工艺优化研究

本研究通过多变量实验设计（Doehlert矩阵）系统评估了猪粪（SM）与禽粪（PL）共消化液相产沼性能，揭示20%PL配比与1:2接种物-底物比（ISR）组合可实现284 NL kgVS?1甲烷产量，微生物富集接种（EI）更使产率提升34%。创新性提出相分离工艺耦合CLB/CSTR反应器的应用路径，为禽畜粪污资源化提供关键技术支撑。

　　

【Abstract】
禽畜粪污协同处理是提升沼气产量的有效策略。研究采用相分离技术获取猪粪与禽粪共消化液相（LC），通过多变量实验设计系统考察接种物-底物比（ISR）和微生物富集接种对厌氧消化的影响。结果显示：含10%-20%禽粪的共消化体系在286-284 NL kgVS^?1区间达到峰值产甲烷量，特别适配覆盖式泻湖（CLB）和连续搅拌反应器（CSTR）工艺。微生物富集接种组较标准接种组产率提升34%，Gompertz动力学模型精准拟合实验数据。

【INTRODUCTION】
作为生物质能源的重要形式，沼气在巴西已建成936座生产设施，其中75%采用农业废弃物为原料。猪粪（SM）作为传统消化底物技术成熟，而禽粪（PL）因含80%总固体（TS）和木质素组分面临消化挑战。研究创新性提出相分离策略：共消化后分离的液相适用于CLB工艺（需3%TS），固相维持传统施肥用途。通过平衡碳氮比（C:N）和引入特定微生物（如Rhodococcus sp.），有效破解木质素降解难题。

【MATERIALS AND METHODS】
实验采集巴西巴拉那州禽畜养殖场的PL（TS 71.3%，VS 73.2%）和SM（TS 1.0%，VS 59.5%）。采用多水平Doehlert设计，设置0-40%PL梯度与1:2/1:1.25/1:0.5三档ISR。微生物富集接种物（EI）包含10株功能菌株（如Bacillus sp. MET3），通过24h 37°C震荡培养制备。生化甲烷势（BMP）测试执行VDI 4630标准，35天37±2°C条件下监测，采用修正Gompertz模型（公式1）进行动力学分析。

【RESULTS AND DISCUSSION】
相分离液相特性显示：40%PL组TS达25.2%，远超CLB工艺上限，但20%PL组TS 7.8%符合CSTR要求。关键发现包括：

1. 产甲烷优化窗口：20%PL+1:2ISR组合实现268±2 NL kgVS^?1稳定输出，每吨底物产气量达15 Nm³；
2. 微生物增效机制：EI组较标准接种（SI）提升34%产率，功能菌群有效降解木质纤维素；
3. 工艺适配性：10-mesh筛分后液相COD达78 444 mg O₂ L^?1，TN 2000 mg N L^?1，形成理想C:N平衡。

【CONCLUSIONS】
研究证实猪禽粪污共消化-相分离-液相厌氧消化技术路线具有七倍产甲烷增效潜力。虽然微生物富集策略需进一步放大验证，但Gompertz模型（R²>0.9）的精准预测为工艺优化提供可靠工具。该成果为禽畜密集区的分布式能源系统开发提供了兼具经济性与操作可行性的技术方案。