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摘要：研究采用猪粪和秸秆为底物，进行间歇高温固态厌氧消化，并采用太阳能辅助加热。实验发现，甲烷生成量最高达19.4 L/d，其中甲烷的含量最高达60%以上。结果表明，采用太阳能辅助加热装置的高温固态厌氧消化器在处理猪粪秸秆等有机废弃物方面具有良好的应用前景。
关键词：固态厌氧消化；高温；太阳能；甲烷
温度与生物酶活性息息相关，因此，厌氧消化的高效性主要在于温度控制。高温（55℃）厌氧消化在反应速率、节约反应容积等方面具有明显优势，但需要热源供给。太阳能是一种天然的外部热源，具有储量丰富、易于采集、清洁可再生及成本低廉等优点。因此，采用太阳能辅助加热为实现高温厌氧消化提供了新的思路与。
1材料与方法
1.1实验装置的设计
太阳能辅助加热的固态厌氧消化器由厌氧消化器、保温水箱、热循环系统和太阳能热水器组成，详见图1。
1.2实验材料
构建实验装置所需的太阳能热水器、各种泵、集气袋和各种控制器的信息详见表1。过滤器是利用椰壳活性炭、细孔滤网和聚氯乙烯管手工制作而成。
实验所用的猪粪取自合肥市附近的某养殖场。实驗所用污泥取自合肥市某市政污水处理厂，在55。c温度下厌氧驯化2个月用作厌氧接种污泥。小麦秸秆从合肥市近郊农田收集，利用粉碎机将秸秆切成1-2毫米的尺寸。其基本特性详见表2。
1.3仪器与测试方法
挥发性脂肪酸（VFA）采用SP-890型气相色谱仪（山东鲁南）测定，样品离心过滤后，与3%甲酸溶液按1：1混合进行酸化待测；采用pH计测定溶液pH根据行业标准方法（HJ535-2009）测定氨氮含量。
2结果与分析
2.1太阳能辅助加热系统的运行
太阳能辅助加热系统基于热循环得以实现。一方面，当保温水箱内水温不足55℃，循环泵启动，保温水箱中的低温水经由循环泵输送到热水器中并进行重新加热；另一方面，保温水箱中水位随之降低，达到设定水位时，水位控制阀打开，热水器内热水流入水箱。多次循环至温度满足实验要求时，系统趋于稳定。检测结果表明，太阳能辅助加热系统能够有效地将厌氧消化器内的温度稳定在55±5℃范围内。
2.1太阳能辅助加热的猪粪秸秆协同高温固态厌氧消化
2.1.1 pH的变化
图2展示了实验过程中厌氧消化器内pH的变化。厌氧消化器未出现酸化现象，pH始终保持在弱碱性，因此，猪粪秸秆协同厌氧消化可正常运行。其主要原因可能由于厌氧反应器内含有较高的NH4+-N含量，从而起到了缓冲作用。所以，即使在开始阶段，产酸活性高于产甲烷活性时，反应器内的pH仅略微下降，然后立即恢复到8.0以上。另一方面，猪粪中还可能含有多种有机氮，例如蛋白质和尿素等。这些有机氮在厌氧消化的过程中会逐渐释放，从而增加了NH4+-N含量和反应器的酸碱缓冲能力。15天以后，厌氧消化器趋于稳定，pH长期维持在8.4左右。
2.1.2挥发性脂肪酸的变化
如图3所示，厌氧消化初始阶段（0-4天），产酸菌处于活跃状态，大量的有机物被转化为VFA，而此时产甲烷菌仍未完全适应该环境，难以及时将VFA完全转化为生物沼气，所以出现了VFA的累积。随后，由于反应器内较强的缓冲能力使pH较为稳定，产甲烷菌利用VFA产甲烷能力增强，VFA浓度逐渐降低，直至耗尽。这表明在厌氧消化的后期该系统的产甲烷性能良好。甲烷的日产量在第5天时达到峰值19.4 L（如图4），随后逐日降低，第19天的突然上升有可能是由于反应器中蛋白质等有机物降解所致。
图5描述了厌氧消化器中的甲烷累积生成量的变化。经过24天的厌氧消化，甲烷总产量达到195.7 L，生物产气中的甲烷含量高达62.4%，这意味猪粪秸秆协同高温固态厌氧消化取得较好的效果。
3.结论
实验研制了太阳能辅助加热的高温固态厌氧消化器，其温度可有效维持在55±5℃。在以猪粪和秸秆为底物的高温固态厌氧消化过程中，生成了195.7 L的甲烷气体，其最高含量达到60%以上，展示了太阳能辅助加热的高温固态厌氧消化器良好的应用前景。
关键词：固态厌氧消化；高温；太阳能；甲烷
温度与生物酶活性息息相关，因此，厌氧消化的高效性主要在于温度控制。高温（55℃）厌氧消化在反应速率、节约反应容积等方面具有明显优势，但需要热源供给。太阳能是一种天然的外部热源，具有储量丰富、易于采集、清洁可再生及成本低廉等优点。因此，采用太阳能辅助加热为实现高温厌氧消化提供了新的思路与。
1材料与方法
1.1实验装置的设计
太阳能辅助加热的固态厌氧消化器由厌氧消化器、保温水箱、热循环系统和太阳能热水器组成，详见图1。
1.2实验材料
构建实验装置所需的太阳能热水器、各种泵、集气袋和各种控制器的信息详见表1。过滤器是利用椰壳活性炭、细孔滤网和聚氯乙烯管手工制作而成。
实验所用的猪粪取自合肥市附近的某养殖场。实驗所用污泥取自合肥市某市政污水处理厂，在55。c温度下厌氧驯化2个月用作厌氧接种污泥。小麦秸秆从合肥市近郊农田收集，利用粉碎机将秸秆切成1-2毫米的尺寸。其基本特性详见表2。
1.3仪器与测试方法
挥发性脂肪酸（VFA）采用SP-890型气相色谱仪（山东鲁南）测定，样品离心过滤后，与3%甲酸溶液按1：1混合进行酸化待测；采用pH计测定溶液pH根据行业标准方法（HJ535-2009）测定氨氮含量。
2结果与分析
2.1太阳能辅助加热系统的运行
太阳能辅助加热系统基于热循环得以实现。一方面，当保温水箱内水温不足55℃，循环泵启动，保温水箱中的低温水经由循环泵输送到热水器中并进行重新加热；另一方面，保温水箱中水位随之降低，达到设定水位时，水位控制阀打开，热水器内热水流入水箱。多次循环至温度满足实验要求时，系统趋于稳定。检测结果表明，太阳能辅助加热系统能够有效地将厌氧消化器内的温度稳定在55±5℃范围内。
2.1太阳能辅助加热的猪粪秸秆协同高温固态厌氧消化
2.1.1 pH的变化
图2展示了实验过程中厌氧消化器内pH的变化。厌氧消化器未出现酸化现象，pH始终保持在弱碱性，因此，猪粪秸秆协同厌氧消化可正常运行。其主要原因可能由于厌氧反应器内含有较高的NH4+-N含量，从而起到了缓冲作用。所以，即使在开始阶段，产酸活性高于产甲烷活性时，反应器内的pH仅略微下降，然后立即恢复到8.0以上。另一方面，猪粪中还可能含有多种有机氮，例如蛋白质和尿素等。这些有机氮在厌氧消化的过程中会逐渐释放，从而增加了NH4+-N含量和反应器的酸碱缓冲能力。15天以后，厌氧消化器趋于稳定，pH长期维持在8.4左右。
2.1.2挥发性脂肪酸的变化
如图3所示，厌氧消化初始阶段（0-4天），产酸菌处于活跃状态，大量的有机物被转化为VFA，而此时产甲烷菌仍未完全适应该环境，难以及时将VFA完全转化为生物沼气，所以出现了VFA的累积。随后，由于反应器内较强的缓冲能力使pH较为稳定，产甲烷菌利用VFA产甲烷能力增强，VFA浓度逐渐降低，直至耗尽。这表明在厌氧消化的后期该系统的产甲烷性能良好。甲烷的日产量在第5天时达到峰值19.4 L（如图4），随后逐日降低，第19天的突然上升有可能是由于反应器中蛋白质等有机物降解所致。
图5描述了厌氧消化器中的甲烷累积生成量的变化。经过24天的厌氧消化，甲烷总产量达到195.7 L，生物产气中的甲烷含量高达62.4%，这意味猪粪秸秆协同高温固态厌氧消化取得较好的效果。
3.结论
实验研制了太阳能辅助加热的高温固态厌氧消化器，其温度可有效维持在55±5℃。在以猪粪和秸秆为底物的高温固态厌氧消化过程中，生成了195.7 L的甲烷气体，其最高含量达到60%以上，展示了太阳能辅助加热的高温固态厌氧消化器良好的应用前景。