厌氧发酵指标测定方法
厌氧发酵vfas的阈值
厌氧发酵vfas的阈值
VFA（挥发性脂肪酸）是指在厌氧发酵过程中产生的一类有机酸，包括乙酸、丙酸、丁酸等。
在不同的环境和发酵条件下，VFA的产量和组成可能会有所不同。
通常来说，VFA的阈值取决于具体的应用场景和研究目的，但是一般来说，VFA的阈值可能会影响发酵过程的效率和产物质量。
在污水处理、生物质降解、沼气发酵等领域，VFA的阈值通常被用作评估发酵过程的稳定性和效率的指标之一。
一般来说，高水平的VFA可能会导致发酵过程的酸化，影响生物体系的稳定性，因此需要根据具体情况来设定合适的阈值。
具体来说，一些研究或应用可能会将总VFA的浓度作为评估指标，通常在 1000 - 3000 mg/L 的范围内，高于这个范围可能会被认为是酸化严重，需要采取措施进行调节。
而对于单个VFA，如乙酸、丙酸等，其浓度也可能有相应的阈值，不同的研究或应用会有不同的设定。
需要注意的是，VFA的阈值通常是根据具体的实验条件、生物体系和研究目的来确定的，因此在具体应用中需要进行合理的设定，并结合其他参数进行综合评估。
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温度和ph值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研究
温度和pH值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研究1. 研究目标本研究的目标是探究温度和pH值对厌氧发酵产甲烷过程的影响，以及寻找最适宜的温度和pH条件来提高甲烷产量。
通过深入了解这些调控因素对厌氧发酵过程中微生物群落结构和功能的影响，我们可以为甲烷生产过程的优化提供科学依据。
2. 方法2.1 实验设计在本实验中，我们采用了一系列不同温度（30°C、35°C、40°C）和pH值（6.5、7.0、7.5）条件下进行厌氧发酵实验。
每个条件下设置3个重复样品，共计27个试验样品。
2.2 实验操作1.根据设计条件，将不同温度下培养基分装到相应试管中。
2.分别调节不同试管中培养基的pH值，并在每个试管中接种相同数量的活性污泥。
3.将试管密封并放置于恒温摇床中进行培养。
4.定期取样，分析甲烷产量、污泥特性以及微生物群落结构等指标。
2.3 数据分析1.使用气相色谱法测定每个样品中的甲烷含量，并计算甲烷产量。
2.通过测定污泥中的总固体含量、总挥发性固体含量、pH值等参数，评估厌氧发酵过程的稳定性和酸化效果。
3.利用高通量测序技术（如16S rRNA基因测序）对不同样品中的微生物群落结构进行分析，并计算多样性指数。
3. 发现3.1 温度对甲烷产量的影响•在30°C条件下，甲烷产量最高，平均达到X mL/g VS（挥发性固体）。
•随着温度升高至35°C和40°C，甲烷产量逐渐下降，分别为X mL/g VS和X mL/g VS。
3.2 pH值对甲烷产量的影响•在pH值为7.0条件下，甲烷产量最高，平均达到X mL/g VS。
•当pH值偏离7.0时，甲烷产量均呈下降趋势。
pH值为6.5时，甲烷产量为X mL/g VS；pH值为7.5时，甲烷产量为X mL/g VS。
3.3 微生物群落结构的变化•随着温度的升高，微生物群落结构发生了显著变化。
在30°C条件下，厌氧菌属和甲烷菌属是主要的微生物类群。
厌氧性发酵
1.2 酒精发酵中副产物的形成
主产物（product） ：乙醇（alcohol）
副产物（by product ）： 二氧化碳（carbon dioxide） 甘油（glycerol） 乙醛（acetaldehyde） 瑚珀酸（ succinic acid ） 乙酸（acetic acid） 酯（ester） 高级醇（higher alcohol） 双乙酰（diacetyl）
（2） 厌氧性发酵(anaerobic fermentation) ：在发酵 过程中不需要供给无菌空气。 e.g. lactic acid bacteria --------lactic acid Bacillus clostridium -------acetone-butanol （3）兼性发酵 (facultative fermentation) ：
1.2.1.2 影响杂醇油形成的条件 a.菌种。在同样的条件下，不同菌种的杂醇油生成 量相差很大。酵母的杂醇油生成量与醇脱氢酶活 性关系密切，该酶活力高，杂醇油生成量大。 b.培养基组成。培养基中支链氨基酸（亮氨酸、异 亮氨酸、缬氨酸）的存在，可增加相应的高级醇 （异戊醇、活性戊醇和异丁醇 ）的生成量。培养 基中氮水平高，形成杂醇油量少，杂醇油总形成 量因氮水平高而降低。 c.发酵条件。一般发酵温度高，高级醇生成量高， 通风有利于高级醇生成。高级醇的生成与乙醇的 生成是平行的，随乙醇的生成而生成。
e.g.
Bacillus subtilis -----------amylase
Corynebacterium 265-----------inosinic acid Asp.niger Uv06---------citric acid C.glutamicum As1299---------glutamic acid
厌氧性发酵
）
• 发酵作用：所谓的发酵，广义的讲就是利用微生
物或生物化学的手段，将各种物质加以改变，然 后利用由此产生的能量及代谢中间体，而得到各 种有用的物质。
发酵的类型
根据微生物的种类不同，可分为好氧性发酵、厌氧 性发酵和兼性发酵。 （1）好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发 酵过程中需要通入一定量的无菌空气，满足微生物呼吸需要。
1.2.1.2 影响杂醇油形成的条件 a.菌种。在同样的条件下，不同菌种的杂醇油生成 量相差很大。酵母的杂醇油生成量与醇脱氢酶活 性关系密切，该酶活力高，杂醇油生成量大。 b.培养基组成。培养基中支链氨基酸（亮氨酸、异 亮氨酸、缬氨酸）的存在，可增加相应的高级醇 （异戊醇、活性戊醇和异丁醇 ）的生成量。培养 基中氮水平高，形成杂醇油量少，杂醇油总形成 量因氮水平高而降低。 c.发酵条件。一般发酵温度高，高级醇生成量高， 通风有利于高级醇生成。高级醇的生成与乙醇的 生成是平行的，随乙醇的生成而生成。
由葡萄糖生成乙醇的总反应式为
C6H12O6 + 2ADP +2H3PO4
2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP
则1mol葡萄糖生成2mol乙醇，理论转化率为 2×46.05/180.1×100%=51.1% 但是在生产中大约有5%的葡萄糖用于合成酵母细胞 和副产物，实际上乙醇生成量约为理论值的95%，则乙 醇对糖的实际转化率约为48.5%。 酵母菌在无氧的条件下，通过以上12步反应，1分子 G生成２分子的乙醇，２分子的CO2和 2分子ATP。整个 过程可用下面的简图表示。
CH3COCOOH -乙酰乳酸 + CH3CHO-TPP(活性乙醛)
温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响
温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【摘要】摘要；为了研究温度对高浓度恒温厌氧发酵产沼气成分的影响,在4个11.5L的发酵罐中并行批次实验研究19、30、37、52℃下总固体量(TS)为15％时鲜牛粪的恒温厌氧发酵过程,用沼气分析仪实时测量沼气成分.实验结果表明:37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量最大,累积产气量为232 L,累计甲烷产量为116.1 L；比30、52℃下分别多产18.2、15.6L甲烷；52、37、30℃下厌氧发酵甲烷的平均体积分数分别为46.6％、46.5％和43.6％.%In order to study the influence of temperature on composition of biogas fermented in high-concentrated thermostatic anaerobic environment, the process of anaerobic fermentation of fresh cattle manure with solid concentration of 15% was experimentally investigated, four parallel anaerobic digesters of 11. 5 L in volume at 19, 30, 37 ℃ and 52 ℃ respectively in batch mode. Real-time measurement of biogas compositions was carried out with biogas analyzer. The experimental result showed that the highest cumulative yield of biogas and the highest methane yield took place at 37 ℃, the former being 232 L and the latter being 116. 1 L, which compared with the yields at 30, 52 ℃ were more than 18. 2 L and 15. 6 L. The average methane volume content in anaerobic fermentation at 52, 37 ℃ and 30 ℃ was 46. 6%, 46. 5% and 43.6%, respectively.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】恒温厌氧发酵;沼气成分;甲烷;高浓度【作者】李金平;周丹丹;张庆芳;翟盼盼;冯荣【作者单位】兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学太阳能与气体水合物研究中心,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TK6目前，中国畜牧业占农业总产值的比重约为33%，已经发展成为农业和农村经济的重要组成部分，而畜牧业在快速发展的同时，畜禽养殖场粪便污染问题也日益突出，逐渐成为社会关注的焦点.利用厌氧发酵处理畜禽粪便不仅可以提供清洁能源——沼气，实现节能减排，并且还能实现农业废弃物的综合利用，如沼液还田，能减轻对环境的压力，是目前最有发展前景的方法之一.厌氧发酵是一个复杂的生物化学反应过程，有湿式厌氧发酵和干式厌氧发酵2种，湿式厌氧发酵在处理农业废弃物时需要大量的清洁水，厌氧发酵后沼液浓度较低，脱水比较困难，制约了湿式厌氧发酵未来的发展.目前，干式厌氧发酵已经广泛应用于处理城市垃圾、禽畜粪便、农作物秸秆，具有节约用水、管理方便、产气率高、处理成本小等优点，已经成为厌氧发酵技术的研究热点.厌氧发酵技术有分界点，以总固体量15%为分界点，因此研究分析总固体量为15%发酵物即可以作为湿式发酵分界点，也可以作为干式发酵的对比点［1］.李东等［2］研究秸秆常温干式厌氧发酵，发现与湿式厌氧发酵相比干式发酵不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率.张苗蕾等［3］在恒温水浴中研究了不同浓度的牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵，与湿式厌氧发酵相比启动时间较早，累积产气量较高.Fatma等［4］研究鸡粪干式发酵，发现37℃是最佳发酵温度，甲烷含量较高.温度是影响沼气生产的重要因素，它通过对酶的活性、微生物代谢方式、物质的溶解度等方面影响厌氧发酵［5］，进而影响了沼气中甲烷、二氧化碳和硫化氢等气体体积分数.关于温度对厌氧发酵的研究已经很多.Hammad等［6］以不同的禽畜粪便和植物废渣为发酵原料来评价甲烷的产量与温度的关系，结果表明，在最适温度35℃左右，沼气的产量和甲烷的体积分数随着环境温度增长而提高，同时表明沼气的生产使用牛粪作为发酵原料优于其他的禽畜粪便.农村户用沼气池多为常温发酵，当沼气池内沼液温度低于15℃时，沼气池产气将显著降低［7］，气温低于-5℃时就不能正常产气使用［8］.贺延龄［9］认为甲烷反应器每天的温度波动不宜超过±2℃，当有±3℃的变化时，就会抑制甲烷的产生速率，有±5℃的急剧变化时，就会完全抑制甲烷的产生.在寒旱地区由于昼夜温差大，户用沼气池产沼气每年只能使用5个月.温度变化是制约户用沼气池连续使用的最重要因素.厌氧发酵可分为3个温度范围：随环境温度变化的发酵方式的常温发酵，20～45℃的中温发酵和50～65℃的高温发酵［10］.本文在4个11.5L的发酵罐（内置1.5L的加热水箱）中实验研究了19、30、37、52℃下总固体量为15%的纯牛粪的恒温厌氧发酵过程，并用沼气分析仪实时测量了沼气成分，研究了温度对厌氧发酵产沼气成分的影响.1 实验1.1 实验装置本实验采用自行设计的自动可控温厌氧发酵系统，主要由温控仪、4个高径比为1的11.5L304不锈钢发酵罐（内置1.5L加热水箱）和集气装置组成，如图1所示.发酵罐的温度通过加热水箱的水温控制，3个经过良好保温的发酵罐温度分别控制在52±1℃、37±1℃、30±1℃.温度均使用精度为±0.1K的Pt100铂电阻测量，质量采用精度为±0.01g的电子天平测量，pH值用精度为±0.1的pH-108型袖珍数显笔式酸度计测量，气体成分由Biogas测量，甲烷和二氧化碳的测量精度均为±3.0%，硫化氢的测量范围是0～5g/kg，测量精度为±0.025g/kg.1.2 发酵原料图1 可控性恒温发酵装置示意图Fig.1 Schematic diagram of controllable constanttemperature fermentation equipment1.温控仪；2.保温层；3.52℃发酵罐；4.37℃发酵罐；5.30℃发酵罐；6.常温发酵罐；7.数据采集仪；8.湿式气体流量计；9.计算机；10.沼气分析仪；11.储水桶；12.储气罐；13.内水箱；14.电磁阀；15.热水泵；16.恒温水箱；17.加热丝；18.温度传感器每个发酵罐7.5L填充发酵原料，2.5L作为预留储气空间.发酵原料由新鲜牛粪、接种物和水组成，其中新鲜牛粪取自某奶牛繁育中心，接种物取自奶牛繁育中心的恒温厌氧发酵罐.经测定其理化性质见表1.表1 牛粪和接种物的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of cattle manure and inoculums物料密度/（kg·m-3） pH 固体浓度/%挥发性固体/%655 7.6 26.18 43.54接种物牛粪986 7.2 4.13 54.48为控制发酵原料的总固体量在15%，由发酵罐中添加2.4L接种量，计算出新鲜牛粪和水的质量分别为1 690g和3 772g. 式中：M0为料液的总固体量，%；Xi为物料i的重量，g；m为原料的总固体量，%；W 为加入水量，g.1.3 测量指标和测定方法测量指标和测定方法见表2.表2 测量指标和测定方法Tab.2 Measurement indices and methods指标测定方法主要仪器检测时间温度电阻法 Pt100铂电阻数据采集仪10s1次总固体量减重法恒温干燥箱实验前后各1次挥发性固体减重法马弗炉实验前后各1次pH 电位法袖珍数显笔式酸度计每天21：00产气量排水法湿式气体流量计每天21：00 CH4、CO2、H2S 红外吸收 Biogas Check 每天21：00 1.4 实验方法实验共进行了58天.每天21：00用气体采样袋收集1L气体，使用沼气分析仪测定其成分，并用排水集气法收集沼气罐中剩余气体，用量筒测定水的体积以表示剩余气体的体积.人工搅拌从第1天开始，每天21：00搅拌2min.2 结果与讨论2.1 发酵温度对发酵罐内pH值的影响厌氧发酵过程中pH值变化是生物菌群厌氧消化、气液两相间CO2平衡、液相内酸碱平衡以及固液两相溶解平衡的共同作用结果［9］.从图2可以看出，厌氧发酵开始时，不同的发酵温度下，pH均有明显的降低，即处于酸化阶段.此阶段产甲烷菌数量少，处于适应环境阶段，不能及时消耗发酵罐内产生的挥发性脂肪酸，使得酸积累越来越多，致使pH值降低.第9天中19℃发酵罐中pH迅速上升，这是由于发酵浓度高，出现了酸积累的原因；30℃pH值有剧烈下降，而这是因产酸过度消耗造成.19、30、37、52℃发酵罐中的pH值分别在第14、11、9、10天达到正常发酵范围（pH：6.8～7.6），即完成了酸化阶段.随后pH值一直处于6.8～7.7.但相比较而言，由于温度越高氨浓度越高，所以pH值在6.8～7.7随温度从52、37、30、19℃降低而相应降低.图2 发酵温度对pH的影响Fig.2 Influence of temperature on pH in anaerobic fermentation2.2 发酵温度对日产沼气量和日消耗总固体量的影响图3中发酵温度对沼气产量的影响基本与pH值变化相对应.在厌氧发酵第1天，除常温发酵罐外，每个发酵罐都有大量气体产生.这是由于接种物中产甲烷菌利用牛粪中的小分子物质及接种物自身的脂肪酸产生了大量沼气造成的.常温发酵罐产气量较低是由于温度和水解酸化菌产生脂肪酸的综合影响.随着厌氧发酵的进行，温度的影响开始凸显.厌氧发酵的第2天，除19℃发酵罐产气量低外，其余3个发酵罐产气量虽然有小波动，但整体均平稳上升，其中30、37、52℃发酵罐分别在第12、10、7天出现了产气高峰.可以看出，温度越高，产气高峰出现越早，发酵速率越高.这是由于牛粪发酵浓度高，物质流动性差，与发酵微生物接触几率减小.而温度越高分子运动速度越快，高温加速了发酵物质与发酵微生物的接触概率，供给发酵微生物充足的食物，使发酵微生物迅速增长繁殖，微生物数量的增长造成产气速率的进一步提高，从而在发酵原料充足的条件下52℃发酵罐最早出现最高日产气量15.2 L，比37℃产气高峰早3天.图3 发酵温度对沼气产量的影响Fig.3 Influence of temperature on biogas yields in anaerobic fermentation30、37、52℃发酵罐在出现产气高峰后的一段时间内，由于发酵物质逐渐不足，产气量开始下降，但30、37℃日产气量均高于52℃产气，且37℃发酵罐产气量多数时间处于最高.这是因为厌氧发酵产甲烷过程主要由2部分组成：一部分利用乙酸产甲烷，另一部分是利用H2与CO2合成甲烷.产氢菌是沼气发酵中很重要的微生物，它们可为产甲烷菌提供H2和CO2来合成甲烷.大多数产氢菌在30～38℃能产生更多氢，而产甲烷菌也在30～38℃对CO2/H2利用效果最好.M.Braun和F.Mayer［11］通过对不同温度下产氢菌活性研究，得到产氢菌最佳生长温度是30℃，并且做了产氢菌生长随温度的关系曲线.产氢菌在30～38℃区间活性很高，在50～60℃区间活性偏低，30℃和37℃在发酵中期和后期除了利用乙酸合成甲烷，还利用了CO2/H2合成甲烷，所以在发酵物质逐渐不足条件下，30、37℃条件下产气量曲线高于52℃.图4为每日总固体量的消耗图，对比图3与图4，37℃和52℃发酵罐在分别达到最高日产气量时TS的转化率有明显的差距.52℃发酵罐的最高日产气量高于37℃时，但是TS消耗量相比，前者却小于后者，说明发酵前期52℃发酵原料转化率高于37℃时.但是随着发酵的进行，从总体趋势分析，TS的消耗量与产气量基本成正比关系.因为总碳量与挥发性固体的线性关系，可以知道总碳量与总固体量也为线性关系，而甲烷和二氧化碳主要来源于含碳物质的分解.图4 发酵温度对总固体量降解的影响Fig.4 Influence of temperature on total solid gradation in anaerobic fermentation2.3 发酵温度对TS累计消耗量和累积产沼气量的影响58天内，52、37、30℃和常温条件下发酵罐的累积产气量分别为200.40、231.95、201.55、60.70L，52、37、30℃下厌氧发酵周期分别为35、33、34天，实验结果见图5.图5 发酵温度对TS累计消耗量和累积产气量的影响Fig.5 Influence of temperature on cumulative TS consumption and cumulative biogas yield in anaerobic fermentation通常一个厌氧发酵周期定义为从厌氧发酵开始到产气量达到总产气量90%的时段［12］.58天实验结束时，常温发酵罐的日产气量仍然维持在1L（占1.66%）左右，因此这里不对19℃下厌氧发酵周期进行讨论.由图5可知，37℃实验组的累积产气量最高，其次是30℃实验组.由温度与生物反应活性之间的关系［13］可以看出厌氧生化速率在37℃附近达到一个极大值，在45℃左右出现低值，继而在53～63℃又出现一个极大值.37℃与52℃有着同样的利用乙酸产甲烷的能力，又有着30℃附近时产氢细菌的高效率，同时细菌有着利用CO2/H2合成甲烷的最好活性，所以产气量与产甲烷量最高.许多研究表明嗜热菌对有机物的降解能力要优于中温菌和低温菌，但在此次发酵中，30℃与52℃发酵累积产气量接近，与大多数学者对常规厌氧发酵的研究结果不同，这是因为TS为15%时52℃发酵速率快，发酵底物供应充足，产甲烷菌在发酵高峰期到来前迅速增长繁殖，由于产甲烷过程中含碳物质既是能源又是碳源，用于微生物细胞增长消耗的碳源多于30℃.30℃时，由于产氢菌利用CO2/H2合成甲烷的细菌活性高于52℃，而此途径合成甲烷量约占整个产甲烷量28%［9］，即30℃实验组通过此途径弥补了用乙酸途径合成甲烷细菌活性的不足.综合结果为30℃和52℃的累积产气量相当.TS累计消耗量直观反映了不同温度对发酵原料厌氧降解速率的影响，在37℃时TS降解速率最快，表明在适宜温度下牛粪中有机物物质转化速率较快，在同一发酵周期内累计产气量多.但是随着原料中营养物质的减少，TS的累计下降速率总体呈递减趋势.2.4 温度对沼气中甲烷体积分数的影响作为一种可燃性的混合气体，沼气的主要成分包括甲烷、二氧化碳、氮气、硫化氢等，通常甲烷的体积分数为50%～70%，二氧化碳的体积分数为30%，甲烷的体积分数决定了沼气的品质.硫化氢作为一种剧毒的酸性气体，其质量分数对管道有腐蚀破坏作用，如何降低其质量分数对环境保护工作有重要意义.如图6所示，在一定温度条件下随厌氧发酵的进行甲烷体积分数先升高后逐渐降低.52、37、30℃下厌氧发酵甲烷峰值分别为66%、60%、60%，甲烷平均体积分数分别为46.6%、46.5%和43.6%.尽管52、37、30℃下厌氧发酵的甲烷峰值和平均甲烷体积分数差别不大，但它们的累积甲烷产量却存在明显差异，37℃下厌氧发酵的累积甲烷产量分别是52℃下的1.16和1.23倍.因为接种液取自37℃发酵罐中，所以在发酵前期37℃有明显优势，且由于发酵原料充足，发酵速率较大，甲烷体积分数也较高，随着发酵时间的持续，pH值升高导致氨的体积分数增加，抑制了产甲烷的活性，使甲烷的体积分数下降.图6 发酵温度对甲烷体积分数的影响Fig.6 Effect of temperature on methane content in anaerobic fermentation2.5 温度对沼气中二氧化碳体积分数的影响由图7可以看出52℃实验组的CO2体积分数曲线基本上高于其他组分，这是因为52℃条件下产甲烷菌利用CO2/H2合成甲烷的效率较低，而30℃时产甲烷利用CO2/H2的效率最高，且37℃产氢活性明显高于52℃.所以52℃时CO2体积分数高于其他发酵罐.图7 发酵温度对二氧化碳体积分数的影响Fig.7 Influence of temperature on CO2content in anaerobic fermentation2.6 温度对沼气中硫化氢质量分数的影响从图8可以看出，发酵初期（2天内）各温度下厌氧发酵产生的沼气中的硫化氢质量分数均随时间的明显上升，发酵第3天开始，沼气中的硫化氢质量分数开始下降.这是由于在发酵初期，蛋白质等大分子含硫物质经过水解酸化后分解出硫化氢，使硫化氢质量分数增大，而后随着甲烷菌的代谢，甲烷体积分数增大导致硫化氢所占比重开始下降［14］.图8 发酵温度对硫化氢质量分数的影响Fig.8 Influence of temperature on hydrogen sulfide content in anaerobic fermentation实验初期处于酸化阶段，硫化氢质量分数较高，这是由于在较低的发酵温度下，产甲烷菌活性较弱，产生的甲烷较少，硫化氢所占的比例较大.综上所述，可以看出19℃条件下厌氧发酵的日产气速率最小、日产气量最少、沼气中的甲烷日均体积分数最低、硫化氢日均质量分数最高.而中国的户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，显然沼气生产情况比19℃下生物质厌氧发酵更加糟糕.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、日产气量和沼气中的甲烷体积分数，并降低沼气中硫化氢产量，建议将沼气生产温度控制在37℃.3 结论1）对于高浓度发酵，温度对发酵速率的影响是最主要因素，52℃发酵罐产气速率最大，产气高峰比37℃提前3天，37℃比30℃提前1天.2）37℃时厌氧发酵的产气量和产甲烷量都是最大的.对TS为15%的发酵过程，37℃虽然发酵周期长于52℃，但发酵原料的利用更充分.52℃发酵适合于连续进料的快速产气过程，37℃更适合于充分消解原料过程.3）中国户用沼气池普遍采用自然发酵，料液温度随环境的变化而变化，沼气生产性能比19℃下生物质厌氧发酵更差.因此，为了提高生物质厌氧发酵速率、沼气品质，并降低沼气中硫化氢质量分数，建议将沼气生产温度控制在37℃.参考文献：［1］宁桂兴，申欢，文一波，等.农作物秸秆干式厌氧发酵实验研究［J］.环境工程学报，2009，3（6）：1131-1134.［2］李东，马隆龙，袁振宏，等.华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究［J］.农业工程学报，2006，22（12）：176-179.［3］张苗蕾，张从良，李顺义，等.含水量对牛粪和玉米秸秆干式厌氧发酵的影响［J］.江苏农业科学，2009，6（1）：401-403.［4］FATMA A，YUTAKA N，NAOMICHI N.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture ［J］.Journal of Bioscience and 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厌氧发酵实习报告
厌氧发酵实习报告
一、实习目的
1. 了解厌氧发酵的原理和过程。
2. 掌握厌氧发酵实验操作方法。
3. 观察并分析厌氧发酵的产物。
二、实验原理
厌氧发酵是在缺氧条件下,由特定的微生物对有机物进行分解的过程。
主要分为四个阶段:水解、酸化、醋酸发酵和甲烷发酵。
有机物首先被水解为小分子,然后经过酸化作用产生挥发性脂肪酸,最后经过醋酸发酵和甲烷发酵生成甲烷和二氧化碳。
三、实验步骤
1. 准备实验材料:厌氧发酵装置、基质(如秸秆、粪便等)、种子污泥、氢氧化钠等。
2. 组装厌氧发酵反应器,加入基质和种子污泥,充分混匀。
3. 密封反应器,排除空气,创造厌氧环境。
4. 控制温度在35-37°C,促进微生物发酵。
5. 定期检测并记录产气量、pH值等参数。
6. 收集并分析产气成分(甲烷、二氧化碳等)。
四、实验结果与分析
1. 产气量随时间呈现先增加后趋于平稳的趋势。
2. pH值在发酵初期有所下降,后期趋于中性。
3. 产气主要成分为甲烷和二氧化碳,占比约为60%和40%。
4. 剩余固体可作为有机肥料利用。
五、实习体会
通过本次实习,我对厌氧发酵原理和过程有了更深入的理解。
掌握了相关实验操作技能,并亲自观察了发酵过程中的各种现象。
厌氧发酵不仅可以实现有机废弃物的资源化利用,还能产生可再生能源甲烷,具有重要的环境和经济价值。
不同初始pH值对白菜尾菜与羊粪混合厌氧发酵的影响
2024年2月Feb.2024第48卷第1期Vol.48，No.1热带农业工程TROPICAL AGRICULTURAL ENCINEERING不同初始pH 值对白菜尾菜与羊粪混合厌氧发酵的影响申岳1,2蔡立群1,2陈晓龙1,2王勇智1,2周生虎1,2（1甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070；2甘肃省干旱生境作物学重点试验室甘肃兰州730070）摘要探究不同初始pH 对白菜尾菜与羊粪混合厌氧发酵的影响，为尾菜沼气工程预处理技术提供理论基础。
利用自制小型发酵装置，以白菜尾菜为主要原料，添加适量羊粪防止发酵系统酸化，导致产气停滞，将白菜尾菜与羊粪按总固体含量（TS ）2∶1进行混合，设置4个不同初始pH 值处理（T1：pH 值未调节，pH =7.1±0.1；T2：pH =6.5±0.1；T3：pH =7.5±0.1；T4：pH =8.5±0.1），高温条件下（55±1）℃进行湿式厌氧发酵。
研究不同初始pH 值对白菜尾菜和羊粪混合发酵过程中产甲烷效能、发酵基质有机质水解、发酵系统稳定性的影响。
与T1相比，T3处理能有效增加白菜尾菜与羊粪混合厌氧发酵的产甲烷效能；碱性条件下能进一步促进固态有机物的水解，提高发酵液中有机质含量；各发酵系统均能较稳定运行，更有利于白菜尾菜与羊粪厌氧发酵的进行。
本结论可为白菜尾菜沼气化利用提供一定的理论及应用参考。
关键词pH 值；尾菜；混合发酵；羊粪；甲烷中图分类号TQ921；X72Effects of Different Initial PH Values on Mixed Anaerobic Fermentationof Cabbage Tail and Sheep ManureSHEN Yue 1,2CAI Liqun 1,2CHEN Xiaolong 1,2WANG Yongzhi 1,2ZHOU Shenghu 1,2(1College of Resources and Environment Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070;2State Key Laboratory of Aridland Crop Science,Lanzhou,Gansu 730070)AbstractThe effects of different initial pH on mixed anaerobic fermentation of cabbage tail and sheepmanure were investigated to provide a theoretical basis for the pretreatment technology of vegetable tail methane ing a self-made small-scale fermentation device,with cabbage tail as the main raw material,an appropriate amount of sheep manure was added to prevent acidification of the fermentation system,resulting in stagnation of gas production.The cabbage tail and sheep manure were mixed according to the total solid content (TS)of 2:1,and four different initial pH values were set (T1:pH was not adjusted,pH =7.1±0.1;T2:pH =6.5±0.1;T3:pH =7.5±0.1;T4:pH =8.5±0.1),wet anaerobic fermentation under high temperature conditions (55±1)°C.The effects of different initial pH values on methane-producing efficiency,organic matter hydrolysis in fermentation substrate and stability of fermentation system during mixed fermentation of cabbage tail and sheep manure were pared with T1,T3treatment could effectively increase the methane production efficiency of mixed anaerobic of cabbage tail and sheep manure.Under alkaline conditions,it can further promote the hydrolysis of solid organic matter and increase the content of organic matter in the fermentation solution.Each fermentation system can operate stably,which is more conducive to the anaerobic fermentation of cabbage tail and sheep manure.This基金项目：甘肃省教育厅高校产业支撑项目（No.2021CYZC-50）。
厌氧菌检验 微生物学实验
实验六、厌氧菌检验一、厌氧培养1、刨肉基法方法：将破伤风梭菌、产气荚膜梭菌分别接种在庖肉培养基中，35℃48h，观察结果。
2、厌氧罐法方法：将破伤风梭菌接种在高渗芽孢培养基中并放置于厌氧罐中；将破伤风梭菌、产气荚膜梭菌分别接种在血平板中并置于厌氧罐中，放厌氧袋，密闭，置35℃48h观察结果。
二、观察厌氧菌培养结果：1、庖肉基1）破伤风梭菌：肉汤混浊，部分消化，微变黑，有少量气体，有腐败性恶臭味。
2）产气荚膜梭菌：产生气体，肉渣呈粉红色，不被消化。
2、血平板1）破伤风梭菌：呈薄膜状生长，菌落半透明、灰白色、边缘疏松呈羽毛状，伴β溶血。
2）产气荚膜梭菌：多数菌株有双层溶血环，内环完全溶血，外环不完全溶血。
3、梭菌平板破伤风梭菌：形成直径1mm 以上不规则的菌落，中心紧密，周边疏松，似羽毛状。
三、涂片、革兰染色镜检：破伤风梭菌产气荚膜梭菌G-，细长，芽胞圆形，比菌体大，G+，粗短大杆菌，两端钝圆，单个或成双排列。
位于菌体顶端，使细菌呈鼓槌状芽胞椭圆形，位于菌体中央或次极端，芽胞直径不大于菌体四、芽孢染色：制片①5%孔雀绿加热3~5min，水洗甩干；②0.5%沙黄水溶液染色0.5~1.0min，水洗甩干干后镜检，如图所示：菌体呈红色，芽孢呈淡绿色。
破伤风梭菌产气荚膜梭菌五、汹涌发酵试验（试教）产气荚膜梭菌：分解乳糖产酸，使酪蛋白变性，同时产生大量气体，将凝固的酪蛋白冲成蜂窝状，并将液面上的凡土林层向上推挤，甚至冲开管口棉塞，气势凶猛，为“汹涌发酵”。
六、讨论：1、做生化试验时，有些细菌为致病菌，故实验时要保护好自己，且实验废弃物要妥善处理，以免发生有害菌的感染。
2、所有接种的菌株暴露于有氧环境中不得超过20min3、厌氧菌检验：可据厌氧菌的菌体形态、染色反应、菌落性状以及对某些抗生素的敏感性等作出初步鉴定。
最后鉴定则要进行生化反应及终末代谢产物等项检查。
4、破伤风梭菌微生物检验：根据破伤风的典型临床表现即可作出诊断，故一般不作细菌学检查。
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COD的测定（快速密闭催化消解法）试验步骤：1、取1ml滤液(5000r/min条件下离心10min,过滤)于50ml容量瓶中定容(稀释倍数由滤液SCOD的浓度而定，通常是稀释至1000－2500mg/L，选择消化液Ⅰ)，从中量取3ml于消化管（注意干燥）中，每个样品做3个重复；同时以同量的蒸馏水代替样品，做空白试验。
2、依次加入1ml掩蔽剂、3ml消化液（注意准确）、5ml催化剂（每加入一种试剂后都要摇匀），旋紧密封塞，混匀。
3、放入已预热到165℃的消解炉中，消解22min，冷却。
4、将样液移至150ml锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消化管（至少洗3次，共约30ml），冲洗液移入锥形瓶中。
5、加3滴邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由黄到蓝突变成红褐色为终点，记录硫酸亚铁标准溶液用量（样品的记为V1，空白对照的记为V0）。
6、滴定使用0.05 mol/LFeSO4：先配0.2mol/L FeSO4，然后稀释得到（量取250mL0.2mol/LFeSO4于1000mL容量瓶即得0.05 mol/LFeSO4，标定后使用）标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液（C(1/6K2Cr2O7)=0.2500mol/L）于250mL 锥形瓶中，加水稀释至55mL左右，缓慢加入5mL浓硫酸，混匀，冷却后，加入2－3滴邻菲啰啉指示剂，用0.05 mol/LFeSO4滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即未终点。
C[FeSO4]=0. 25*10/V计算：COD（mg·L-1）＝（V0-V1）×C×8×1000×50/V2V1——滴定样品消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mLV0——滴定空白消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mLV2――水样体积，mL，本试验中V2＝3mLC——硫酸亚铁标液的浓度，mol·L-150――水样的稀释倍数8――氧（1/2O）摩尔质量V’——硫酸亚铁标准溶液的标定时，用去的硫酸亚铁溶液的体积，mL试剂配制：掩蔽剂：称取30.0g硫酸汞（分析纯）溶于100mL的10％硫酸中。
10％硫酸：取50mL蒸馏水，缓慢加入10mL浓硫酸，冷却后定容至100mL。
催化剂：称取8.8g分析纯硫酸银溶于1L浓硫酸中。
消化液Ⅰ：称取19.6g重铬酸钾，50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵，溶解于500mL水中，加入200mL浓硫酸，冷却后，转移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容。
（该溶液浓度c[1/6K2Cr2O7]=0.4mol·L-1，用于测COD浓度在1000－2500mg·L-1的水样，滴定时用的硫酸亚铁浓度为0.05mol·L-1。
）消化液Ⅱ：称取5.0g重铬酸钾，50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵，溶解于500mL水中，加入200mL浓硫酸，冷却后，转移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容。
（该溶液浓度c[1/6K2Cr2O7]=0.1mol·L-1，用于测COD浓度在500-1000mg·L-1的水样，滴定时用的硫酸亚铁浓度为0.02mo l·L-1。
）消化液Ⅲ：称取2.45g重铬酸钾，50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵，溶解于500mL水中，加入200mL浓硫酸，冷却后，转移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容。
（该溶液浓度c[1/6K2Cr2O7]=0.05mol·L-1，用于测COD浓度在50mg·L-1以下的水样，滴定时用的硫酸亚铁浓度为0.01mol·L-1。
）重铬酸钾标准溶液：（c[1/6 K2Cr2O7]=1mol·L-1）称取经过130℃烘3～4h的重铬酸钾（分析纯）49.031g，溶于400mL水中，必要时可加热溶解，冷却后，稀释定容至1L，摇匀备用。
重铬酸钾标准溶液：（c[1/6 K2Cr2O7]=0.1mol·L-1）取c[1/6 K2Cr2O7]=1mol·L-1标准溶液10mL，用蒸馏水稀释定容至100mL，摇匀备用。
硫酸亚铁标准溶液：（c[FeSO4]=0.2mol·L-1）称取FeSO4·7H2O（分析纯）55.6g，加水和5mL浓硫酸溶解，稀释定容至1L，摇匀备用。
硫酸亚铁标准溶液：（c[FeSO4]=0.02mol·L-1）量取c[FeSO4]=0.2mol·L-1的硫酸亚铁标准溶液100mL，定容至1L，摇匀备用。
试亚铁灵指示剂（邻菲罗啉指示剂）：称取1.485g邻菲罗啉（C12H8N2·H2O）和0.695g硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）溶于水中，稀释至100mL，储于棕色瓶中。
碱度的溴甲酚绿－甲基红指示剂滴定法分析1 主要仪器三角瓶（150mL）、电炉、量桶、半微量滴定管、移液管2 试剂2.1．无二氧化碳水：配制试剂所用的蒸馏水使用前煮沸15min，冷却至室温备用。
2.2．甲基红：（0.1％）0.025甲基红溶于25mL乙醇中2.3．溴甲酚绿－甲基红：取25mg溴甲酚绿和5mg甲基红于25mL95％乙醇中2.4．硫代硫酸钠溶液（0.1mol·L-1 1／2Na2S203=0.0500mol·L-1Na2S2O3）2.5.硼砂（分析纯）2.6．盐酸标准溶液（0.0200mol·L-1）：用刻度吸管吸取8.3mL浓HCl（ρ=1.19g／mL），并用蒸馏水稀释至1000mL，此溶液浓度＝O.100mol·L-1，储存备用。
使用时，取200mL以蒸馏水定容至1000mL，即为0.02mol·L-1的HCl溶液，其准确浓度标定如下：称约0.3g（精确到0.0001g）硼砂于锥形瓶中，加入无C02去离子水稀释约30mL，加入3滴甲基橙指示剂，用HCl标准溶液滴定至由桔黄色刚变为桔红色，记录HCl标准溶液的用量（平行滴定三次）。
按下式计算其推确浓度：C=m/（0.1907xV）式中， C一盐酸溶液的浓度， mol·L-1； V一消耗的盐酸标准溶液体积， mL;m－硼砂的质量3.步骤水样经滤纸过滤或于5000r/min条件下离心10min，取5mL的上述滤液或上清液为样品，样品的量以消耗HCl标准溶液8～20mL为宜。
样品取平行试样两份，分别置于150mL三角瓶。
加入30mL无CO2蒸馏水稀释。
同时以等量的不含样品的无CO2蒸馏水为空白对照4.滴定步骤如下。
加入3滴溴甲酚绿－甲基红指示剂和硫代硫酸钠溶液（1/2Na2S2O3）1滴（后者用于排除游离氯的干扰）。
用0.0200mol·L-1的HCl标准溶液滴定至恰现淡红色，记录HCl标准溶液的用量V1mL，空白对照中消耗的HCl量为V0mL。
（平行滴定三次）。
5.计算1．碱度碱度（以mmol·L-1计）=（V1-V0）*C/V2*1000式中： C一－盐酸标准溶液的浓度， mo1·L-1V1一－试样消耗盐酸标准溶液的体积， mL；V2一－试样的体积， mL；V0一－空白对照消耗HCl标准溶液的体积， mL。
当试验结果以mgCaCO3·L-1表示时，则上述浓度要乘以50，即：碱度（以mgCaCO3·L-1计）＝碱度（以mmol·L-1计）x50VFA的测定（蒸馏滴定法）仪器：5mL半微量滴定管、蒸氮仪、容量瓶、250mL锥形瓶、5mL移液管试剂：0.02mol·L-1NaOH溶液、1mol·L-1H2SO4溶液、1%酚酞试验步骤：1、取2mL滤液（5000r/min条件下离心10min，过滤）于25mL容量瓶中定容。
2、取5mL加入到蒸氮装置，同时加入5mL催化剂（1mol·L-1H2SO4溶液），蒸出100mL溶液。
3、向蒸出液中加入3滴酚酞，用0.02mol·L-1的NaOH标准溶液滴定，溶液颜色由无色突变成粉红色为终点，记录NaOH溶液消耗量（V）。
计算：VFA（mg·L-1，以乙酸计）=C×V×1000×60.5×12.5/V OV——滴定样品消耗的NaOH标准溶液的体积，mLC——NaOH标液的浓度，mol·L-1V0――试样的体积，mL，本试验V0＝5mL12.5――待测液的稀释倍数60.5――乙酸的分子量试剂配制：饱和NaOH溶液：取约5mL蒸馏水，加入NaOH固体，边加边搅拌，使NaOH溶于水中放出的热量尽快散失，直到溶液表面有晶体析出，即溶液达到饱和。
待溶液冷却至室温，即可使用。
0.02mol·L-1NaOH溶液：量取1mL NaOH饱和溶液至1000mL容量瓶中，定容。
NaOH溶液的标定：取约0.3g（精确到0.0001g）硼酸，于250mL锥形瓶中，加入30mL 无CO2水溶解，加入3滴1％酚酞，用NaOH溶液滴定，溶液颜色由无色突变成粉红色为终点，记录NaOH溶液消耗量（V0）。
C（NaOH）（mol·L-1）=M/（61.83×V0）M——硼酸的质量，gV0——NaOH溶液标定时，用去的NaOH溶液的体积，mL1mol·L-1H2SO4溶液：取60mL浓硫酸，缓慢加入至1000mL蒸馏水中，冷却，摇匀。
1%酚酞：取1.00g酚酞，溶于60mL95％乙醇中，用蒸馏水稀释至100mL，转移至试剂瓶中备用。
纳氏试剂光度法测定氨氮一、方法原理碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，此颜色在较宽的波长内具强烈吸收。
通常测量用波长在410-425nm范围。
二、干扰及消除脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物，以及铁、锰、镁和硫等无机离子，因产生异色或混浊而引起干扰，水中颜色或混浊亦影响比色。
为此，须经过絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理，易挥发的还原性干扰物质，还可在酸性条件下加热以除去。
对金属离子的干扰，可加入适量的掩蔽剂加以消除。
三、方法的适用范围本法最低检出浓度为0.025mg·L-1（光度法），测定上限为2 mg·L-1。
采用目视比色法，最低检出浓度为0.02 mg·L-1。
水样作适当的预处理后，本法可适用于地表水、地下水、工业废水和生活污水中氨氮的测定。
四、仪器1.分光光度计2.pH计。
五、试剂配制试剂用水均应为无氨水。
1）纳氏试剂：可选择下列一种方法制备。
①称取20g碘化钾溶于约100mL水中，边搅拌边分次少量加入二氯化汞（HgCl2）结晶粉末（约10g），至出现朱红色沉淀不易溶解时，改为滴加饱和二氯化汞溶液，并充分搅拌，当出现微量朱红色沉淀不易溶解时，停止滴加氯化汞溶液。