厌氧发酵产沼是我国养殖场畜禽粪便和污水最常见的处理方法,目前存在的问题是在厌氧发酵的启动、负荷变动和有毒污染物存在的时候,沼气的生产能力非常低,系统的稳定性也较差。因此,需要开发一种厌氧发酵产沼的辅助调整方法改善上述问题。电化学处理是一种新型的污染物处理技术,在重金属处理、污泥处理、工业废水处理等工艺中有着广泛的应用前景。本文基于以上研究背景,提出“电化学辅助调整牛粪厌氧发酵处理技术研究”的课题,实验选取基于铁铝电极的牛粪发酵模拟系统,首先分析电压、电解时间、极板间距对牛粪厌氧发酵的影响,确定了电化学处理的最佳工艺条件。在最佳的电化学处理工艺条件下,考察了温度这一条件对牛粪厌氧发酵反应的影响。另外,简单探讨了电化学辅助调整技术对促进厌氧发酵反应的机理及相关微生物的作用机制。结果显示,电压条件为2 V时,总产气量为7360 mL,池容产气率为0.29 m3/m3·d。比未经用电化学处理的实验组产气量提高了 41.17%。其它两组电压值的总产气量也高于空白组,说明电化学处理技术对牛粪发厌氧发酵产气量有一定的促进作用。电解时间为20 min的实验组总产气量为8110 mL,高于其他两组,产气量提高了87.29%。综合电能损耗等因素,选择极板间距4 cm为最佳极板间距,此时产气量为9290 mL,池容产气率为0.37 m3/m3·d,产气量比其他两组分别提高了 59.61%、38.04%。因此得出,电压条件为2 V,电解时间为20 min,极板间距为4 cm为最佳的电化学处理条件。在最优的电化学处理条件下,考察温度对牛粪厌氧发酵过程的影响,实验结果表明:52℃实验组发酵结束时累积产气量为8790 mL,池容产气率为0.35 m3/m3 ·d。37℃实验组产气总量为6705 mL,池容产气率为0.27 m3/m3 ·d。25℃实验组的总产气量为5110 mL,池容产气率为0.20 m3/m3·d。由此可知,52℃高温条件下产气量比其他两个实验组分别提高了 72.02%、31.10%。实验还发现,经过适宜条件的电化学处理实验组在发酵刚开始阶段,pH、氧化还原电位、氨氮含量、挥发性脂肪酸含量等指标性能优于空白组。对后期的厌氧发酵阶段起到了一定的促进作用。其中的机理可能为,电化学可以刺激、提高酶的活性,同时电化学作用会对影响发酵的有毒物质有分解和沉淀作用,电化学处理后的发酵液中会残留一些氧化性物质,这些物质在厌氧发酵启动阶段促进厌氧污泥的溶出和水解,从而在整体上提高了牛粪厌氧发酵的产沼效率。采用454高通量测序对厌氧发酵后的混合液进行细菌多样性分析,结果发现,原样的丰富度指数的ACE和Chaol为17403.48和9959.97,多样性指数为4.59。混合发酵液中丰富度指数的ACE和Chaol为25847.78和14836.06,多样性指数为5.76。从样品的丰富度指数来看,混合发酵液的丰富度要高于原样。混合发酵液的细菌在门水平上的分布要高于原样,同时优势菌群由厚壁菌门转变为变杆菌门。由一种微生物菌群占据优势地位转化为多种微生物相互协同,共同完成厌氧发酵。