西建大云斯寧教授：粘土礦物（蛭石）厭氧發酵促進劑

【引言】

規模化養殖業的快速發展產生大量的糞污及廢棄物造成了嚴重的環境污染。厭氧發酵沼氣工程是糞污及廢棄物資源化利用的有效技術之一。已有的研究表明：在厭氧發酵系統中引入促進劑，能夠有效地改善發酵系統的發酵性能，如改善發酵環境、改善有機質降解率、提高發酵系統的緩沖性能、縮短發酵周期、改善沼渣沼液的穩定性及其肥料化利用等。因而，開發高效的厭氧發酵促進劑對于實現廢棄物的循環化、資源化利用重大意義。

【成果簡介】

近期，西安建筑科技大學功能材料研究所云斯寧教授（通訊作者）新能源材料研究團隊在國際生物資源技術權威期刊《Bioresource Technology》發表了題目為“Improving performance and phosphorus content of anaerobic co-digestion of dairy manure with aloe peel waste using vermiculite（2020, 301, 122753）”的論文，首次報道了蛭石作為促進劑應用于牛糞和蘆薈皮的厭氧共發酵系統。研究結果顯示：蛭石促進劑明顯改善了厭氧共發酵系統的發酵性能，其中，累積產氣量和COD降解率分別高達295.14-353.96 mL/g VS和45.53%-71.03%，與對照組相比，累積沼氣產量（234.08 mL/g VS）和COD降解率（39.38%）分別提高了26.09%-51.21%和15.62%-80.37%。進一步研究結果顯示：引入蛭石促進劑，發酵系統中獲得的沼渣具有良好的穩定性和優異的氮、磷、鉀營養元素含量，其總營養含量高于有機肥的肥效值，這意味著添加蛭石的沼渣有望實現高附加值的肥料化利用。

【圖文導讀】

圖1 引入不同含量蛭石促進劑厭氧共發酵日產氣量和累積產氣量的變化規律

圖2 引入不同含量蛭石促進劑厭氧共發酵系統COD降解率（a）與pH（b）的變化規律

圖3 引入不同含量蛭石促進劑厭氧共發酵系統沼渣穩定性評估。

(a)熱重分析曲線；(b)熱重曲線對應的質量損失；(c)微分熱重分析曲線；(d)差示掃描量熱分析曲線。

圖4 引入不同含量蛭石促進劑厭氧共發酵系統沼渣水溶性磷含量（a）和非水溶性磷含量（b）評估

圖5 引入蛭石前（a）和后（b）厭氧共發酵系統中有機物的降解及蛭石在厭氧共發酵系統中的作用機制

圖6 蛭石促進劑在厭氧發酵系統中應用效果（產氣量和總磷含量）

【總結與展望】

蛭石是一種與蒙脫石相似的粘土礦物，為層狀結構的硅酸鹽。主要應用于建筑、耐熱、保溫、隔熱、冶金、園林、漁業等。這項工作是首次將蛭石作為促進劑應用于厭氧共發酵領域的報道。這項工作通過蛭石促進劑顯著提高厭氧共發酵底物利用、改善發酵環境、提高沼渣沼液的穩定性和肥效等，有望實現廢棄物的無害化和資源化綜合利用。此外，這項工作提出的蛭石促進劑在厭氧共發酵系統中潛在的作用機制，從實驗和理論上闡明了其對發酵性能提升的起源，為未來厭氧發酵礦物促進劑的探索提供了理論指導和技術支撐。

【編者按】

能源危機和環境污染是當今世界人類社會面臨的兩大難題，可再生能源的利用是解決這一問題的關鍵。太陽能和生物質能作為資源量最大的可再生能源，其高效開發和利用對于能源的可再生利用和社會的可持續發展意義重大。西安建筑科技大學云斯寧教授新能源材料研究團隊，依托該校國家戰略性新型專業“資源循環科學與工程”和“功能材料”，聚焦于太陽能和生物質能的利用，開展與無機非金屬材料相關的基礎研究和技術應用開發，力圖通過新能源材料的研究和開發，解決國家發展過程中的重大能源需求，實現資源化循環綜合利用。

文獻鏈接：

Hongfei Xu, Sining Yun,* Chen Wang, Ziqi Wang, Feng Han, Bo Jia, Jiageng Chen, Bingjie Li. Improving performance and phosphorus content of anaerobic co-digestion of dairy manure with aloe peel waste using vermiculite. (Bioresource Technology, 2020, 301, 122753.)

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852420300225