西建大云斯宁教授：粘土矿物（蛭石）厌氧发酵促进剂

【引言】

规模化养殖业的快速发展产生大量的粪污及废弃物造成了严重的环境污染。厌氧发酵沼气工程是粪污及废弃物资源化利用的有效技术之一。已有的研究表明：在厌氧发酵系统中引入促进剂，能够有效地改善发酵系统的发酵性能，如改善发酵环境、改善有机质降解率、提高发酵系统的缓冲性能、缩短发酵周期、改善沼渣沼液的稳定性及其肥料化利用等。因而，开发高效的厌氧发酵促进剂对于实现废弃物的循环化、资源化利用重大意义。

【成果简介】

近期，西安建筑科技大学功能材料研究所云斯宁教授（通讯作者）新能源材料研究团队在国际生物资源技术权威期刊《Bioresource Technology》发表了题目为“Improving performance and phosphorus content of anaerobic co-digestion of dairy manure with aloe peel waste using vermiculite（2020, 301, 122753）”的论文，首次报道了蛭石作为促进剂应用于牛粪和芦荟皮的厌氧共发酵系统。研究结果显示：蛭石促进剂明显改善了厌氧共发酵系统的发酵性能，其中，累积产气量和COD降解率分别高达295.14-353.96 mL/g VS和45.53%-71.03%，与对照组相比，累积沼气产量（234.08 mL/g VS）和COD降解率（39.38%）分别提高了26.09%-51.21%和15.62%-80.37%。进一步研究结果显示：引入蛭石促进剂，发酵系统中获得的沼渣具有良好的稳定性和优异的氮、磷、钾营养元素含量，其总营养含量高于有机肥的肥效值，这意味着添加蛭石的沼渣有望实现高附加值的肥料化利用。

【图文导读】

图1 引入不同含量蛭石促进剂厌氧共发酵日产气量和累积产气量的变化规律

图2 引入不同含量蛭石促进剂厌氧共发酵系统COD降解率（a）与pH（b）的变化规律

图3 引入不同含量蛭石促进剂厌氧共发酵系统沼渣稳定性评估。

(a)热重分析曲线；(b)热重曲线对应的质量损失；(c)微分热重分析曲线；(d)差示扫描量热分析曲线。

图4 引入不同含量蛭石促进剂厌氧共发酵系统沼渣水溶性磷含量（a）和非水溶性磷含量（b）评估

图5 引入蛭石前（a）和后（b）厌氧共发酵系统中有机物的降解及蛭石在厌氧共发酵系统中的作用机制

图6 蛭石促进剂在厌氧发酵系统中应用效果（产气量和总磷含量）

【总结与展望】

蛭石是一种与蒙脱石相似的粘土矿物，为层状结构的硅酸盐。主要应用于建筑、耐热、保温、隔热、冶金、园林、渔业等。这项工作是首次将蛭石作为促进剂应用于厌氧共发酵领域的报道。这项工作通过蛭石促进剂显著提高厌氧共发酵底物利用、改善发酵环境、提高沼渣沼液的稳定性和肥效等，有望实现废弃物的无害化和资源化综合利用。此外，这项工作提出的蛭石促进剂在厌氧共发酵系统中潜在的作用机制，从实验和理论上阐明了其对发酵性能提升的起源，为未来厌氧发酵矿物促进剂的探索提供了理论指导和技术支撑。

【编者按】

能源危机和环境污染是当今世界人类社会面临的两大难题，可再生能源的利用是解决这一问题的关键。太阳能和生物质能作为资源量最大的可再生能源，其高效开发和利用对于能源的可再生利用和社会的可持续发展意义重大。西安建筑科技大学云斯宁教授新能源材料研究团队，依托该校国家战略性新型专业“资源循环科学与工程”和“功能材料”，聚焦于太阳能和生物质能的利用，开展与无机非金属材料相关的基础研究和技术应用开发，力图通过新能源材料的研究和开发，解决国家发展过程中的重大能源需求，实现资源化循环综合利用。

文献链接：

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