1分析方法
堆肥预处理前后松木屑的纤维素和半纤维素含量通过NREL试验分析方法进行测定[12-13]，首先采用两级酸水解法水解松木屑样品，之后利用配有BioradAminexHPX-87P柱和RID检测器的高效液相色谱仪(Agilent1200series,MN,USA)测定水解液中的单糖量，柱子和RID检测器的温度分别为80℃和55℃，水作为流动相，水的流速为0.6mL/min，根据测定的相应单糖量计算出纤维素和半纤维素的含量。TS质量分数、VS质量分数、pH值和碱度采用实验室废水的标准测定方法[14]进行测定。总碳和总氮利用元素分析仪(ElementarVarioMaxCNS,ElementarAmericans,Mt.Laurel,NJ,USA)测定。VFA采用配有FID检测器和30m×0.32mm×0.5μmStabilwax-DA型石英柱的气相色谱仪(HP5890,AgilentTechnologies,Wilmington,DE,USA)测定，测定VFA前样品需进行预处理，预处理方法为先将10mL蒸馏水加入10g样品中，经充分混合后利用离心机在8000r/min的条件下离心5min，取出上清液，并用盐酸将pH值调到2和3之间，之后利用5mL注射器和0.2μm的滤膜过滤样品，然后进行VFA的测定，气相色谱仪进样口和检测器的温度均为230℃，载气为氦气，氦气的流速为20mL/min。沼气体积采用液体置换法[15]测定，沼气成分采用配有TCD检测器和30m×0.53mm×10μm氯化钾改性氧化铝柱的气相色谱仪(AgilentTechnologies,HP6890,Wilmington,DE,USA)测定，进样口和检测器的温度分别为150℃和200℃，载气为氦气，氦气的流速为5.2mL/min。
2结果与讨论
2.1堆肥预处理对松木屑纤维素和半纤维素降解率的影响
堆肥预处理对松木屑纤维素和半纤维素降解率的影响如表1所示。从表1中可以看出经堆肥预处理后松木屑的纤维素和半纤维素均有一定降解，而且随着松木屑粒径的增大，降解率随之减小，随着松木屑粒径由6.35mm增加到9.53mm和12.70mm时，各组的纤维素降解率变化比较均匀，分别由3.28%降低到2.26%和0.99%。但粒径为9.53mm和12.70mm组的半纤维素降解率差别较小，分别为2.71%和2.57%，而粒径为6.35mm组的半纤维素降解率相对较高，约为5.06%。
2.2堆肥预处理对干式厌氧发酵过程的影响
2.2.1堆肥预处理对日均沼气产率的影响堆肥预处理对单位挥发性固体日均沼气产率的影响如图1所示。从图中可以看出在整个发酵周期的前2d各发酵组的日均沼气产率较高，基本维持在30L/(kg.d)以上，而在第2到第4d间各组的日均沼气产率急剧下降，均维持在10L/(kg.d)以下，而且各组的差别较小，并一直维持到第10d，而从第10d到第26d堆肥预处理组与未预处理组的差别较大，预处理组的日均沼气产率明显高于未预处理组，而从第26d一直到试验结束，除9.53mm未预处理组的日均沼气产率略高外，其他各组基本保持一致，差别较小。
2.2.2堆肥预处理对累积沼气产量的影响堆肥预处理对累积沼气产量的影响如图2从图中可以看出在发酵开始的前18d，各发酵组的累积沼气产量差别较小，除9.53mm预处理组略低外，其他两组预处理组的整体发酵效果略优于未预处理组，但从18d以后，预处理组和未预处理组的累积沼气产量差别逐渐增大，除9.53mm未预处理组略高外，3个预处理组的累积沼气产量均高于未预处理组，经堆肥预处理后物料的厌氧发酵原料产气率均维持在199~215L/kg范围内，约为未预处理组的1.4倍。说明堆肥预处理可显著提高木质纤维类物料的厌氧发酵产气率，这与李冰冰等[9]的研究相吻合。
2.2.3堆肥预处理对沼气中甲烷体积分数的影响堆肥预处理对沼气中甲烷体积分数的影响如图3所示。从图中可以看出在发酵过程开始后的前12d，预处理后各组产生的沼气中甲烷体积分数均低于未预处理组，而从第14d到第20d各发酵组沼气中的甲烷体积分数均有所增加，但预处理后各组的沼气中甲烷体积分数的增幅高于未预处理组，预处理后各组产生的沼气中甲烷体积分数逐渐高于未预处理组，但预处理后各组的沼气中甲烷体积分数从第20d后出现小幅下降后便基本维持在60%左右，而未预处理组沼气中的甲烷体积分数从第22d开始逐渐稳定，沼气中的甲烷体积分数基本维持在70%左右。说明堆肥预处理并不能显著提高厌氧发酵后沼气中的甲烷体积分数，这与高白茹等[10]的研究结果相吻合。本文来自于《农业机械学报杂志简介详见
2.2.4堆肥预处理对物料中VFA的影响（1）堆肥预处理对VFA总量的影响堆肥预处理对VFA总量的影响如表2和表3所示。表2为未预处理组厌氧发酵前后发酵料液中的VFA变化情况，从图中可以看出发酵前未经预处理各组的VFA质量比差别不大，基本维持在2.5g/kg，而经41d厌氧发酵后各组的VFA质量比出现大幅度增加，基本维持在16g/kg，并且粒径较小组的VFA质量比略高于粒径较大组。表3为经堆肥预处理各组厌氧发酵前后发酵料液中的VFA变化情况，从图中可以看出发酵前各组的VFA质量比差别不大，也基本维持在2.5g/kg，而经41d厌氧发酵后各组的VFA质量比出现大幅度增加，并且各组差别较小，基本维持在24.5g/kg。综合表2和表3可知，厌氧发酵开始时各组的VFA质量比均较低，基本维持在2.5g/kg左右，而厌氧发酵结束时各不同预处理组的VFA质量比均出现大幅增加，并且经堆肥预处理组厌氧发酵后的VFA质量比明显高于未预处理组，约为未堆肥预处理组的1.5倍，结合前面各组的产气情况可知，堆肥预处理组的总VFA产量高于未预处理组，这说明经堆肥预处理后的发酵物料更利于纤维素和半纤维素的降解，能够为后续的厌氧发酵过程提供更多的可被微生物利用的VFA，这与陈广银等[16]的研究结果相吻合。（2）堆肥预处理对VFA成分的影响干式厌氧发酵前后物料的VFA成分分别如表4和表5所示。从表4和表5可以看出，发酵初期发酵物料中主要以乙酸为主，丙酸次之，丁酸质量分数最低，发酵物料的pH值基本维持在7.8到7.9之间。而发酵结束时发酵物料中的VFA成分发生较大变化，其中丙酸质量分数较高，丁酸次之，乙酸质量分数最低，发酵物料的pH值基本维持在8.4到8.6之间。这是由于在厌氧发酵过程中乙酸能被产甲烷菌直接利用，而丙酸必须经过同型产乙酸过程转化为乙酸后才能被产甲烷菌利用，而且丙酸向乙酸转化的条件比较苛刻，转化速度较慢，进而导致乙酸在厌氧发酵过程中得到迅速降解，而较难被利用的丙酸则出现积累，进而导致发酵后物料中VFA成分的变化较大。
3结论
（1）堆肥过程可以取得较好的预处理效果，能够加快松木屑的降解，但粒径对堆肥预处理效果的影响较大，随着粒径的增大，堆肥预处理效果降低。（2）经堆肥预处理后的物料更利于厌氧发酵过程进行，经堆肥预处理后物料的厌氧发酵原料单位累积产气率均维持在199~215L/kg范围内，约为未预处理组的1.4倍，而且发酵后物料中的VFA质量比均维持在24.5g/kg，约为未堆肥预处理组的1.5倍，后续产气潜力更大。
作者：王忠江 赵佳 单位：东北农业大学工程学院 俄亥俄州立大学农业研究与开发中心