以猪粪为原料的沼液成分分析_聂莹
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安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2013，41（ 28） ： 11467 － 11468，11542
责任编辑 宋平 责任校对 况玲玲
以猪粪为原料的沼液成分分析
聂 莹，曾晓楠 （ 湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙 410127）
摘要 ［目的］分析以猪粪为原料的沼液成分。［方法］对以猪粪为原料的沼液进行了分析检测，包括 pH、营养元素、重金属、总挥发性有 机物及抗生素。［结果］猪粪沼液的 pH 呈微碱性，且随气温升高而升高。沼液中氮、磷、钾含量较为丰富； 各种重金属的含量低于国家 《城镇垃圾农用控制标准》的标准限值。总挥发性有机物含量为 1． 365 2 mg / L，OTC 为0． 083 47 mg / L，TC 为 0． 049 07 mg / L，CTC 为 0． 042 29 mg / L。［结论］该研究为更合理地开发利用沼液奠定了坚实的理论基础。 关键词 沼液； 营养元素； 重金属； 总挥发性有机物； 抗生素 中图分类号 S 181． 3 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611（ 2013） 28 － 11467 － 02
基金项目 作者简介
收稿日期
湖南省科技厅一般项目（ 2013NK3070） 。 聂莹（ 1987 － ） ，女，湖南长沙人，助理讲师，硕士，从事化学 分析与检测研究，E-mail： ny198722@ hotmail． com。 2013-08-25
1． 3 沼液中营养元素含量测定 沼液中的主要营养成分分 别采用如下方法测定： 全氮含量测定采用凯式定氮法［7］； 全 磷含量测定采用抗坏血酸显色分光光度法［7］； 全钾含量测定 采用火焰光度法［8］。 1． 4 沼液中重金属含量测定 按照国家肥料中砷、镉、铅、 铬生态指 标 （ GB / T23349-2009） ［9］ 和 复 合 微 生 物 肥 料 标 准 （ NY / T 798-2004） ［10］进行检测。 1． 5 气相色谱法测定沼液中总挥发性有机物含量 1． 5． 1 仪器与试剂。GC7890A 气相色谱仪（ Agilent 公司） 配 FID 检测器； Agilent 工作基站； 分流 － 不分流进样口； DB-MTBE 石英毛细管 色 谱 柱 （ 30 m × 0． 53 mm，3 μm，Agilent 公 司） ； SGH-500（ 500 ml / min） 高纯氢气发生器（ 郑州南北设备 仪器有限公司） ； SGK-5LB（ 5 000 ml / min） 空气发生器（ 郑州 南北设备仪器有限公司） ； 7697A 顶空进样器（ Agilent 公司） ； 20 ml 顶空进样瓶。 1． 5． 2 色谱条件。柱温箱 85 ℃ ，载气（ 高纯氮气） 流量为 2 ml / min，氢气流量为 30 ml / min，空气流量为 300 ml / min，进 样口温度为 120 ℃ ，FID 检测器温度为 280 ℃ ，顶空进样器加 热温度为 100 ℃ ，平衡时间为 10 min，顶空进样量为 10 μl。 1． 5． 3 操作步骤。 1． 5． 3． 1 顶空样品的制备。取 20 ml 的顶空瓶，准确加入 10 ml 沼液（ 经过滤后） ，加入 2 g NaCl，混匀，盖塞，供气相色谱 分析用。 1． 5． 3． 2 绘制标准曲线。沼液中含多种苯系物及少量硫化 物，因此利用密度为 0． 865 g / ml，含量为 99． 5% 的甲苯溶液 配制标准溶液以定量沼液中总挥发有机混合物［11］。分别取 少量甲苯化学试剂 0． 005、0． 010 ml，将其分别加入到装有 5 L 蒸馏水的三角瓶中，加塞密封，置于超声波震荡机中 20 min 振荡以达到使少量甲苯完全溶于无有机挥发物的蒸馏水中， 最终分别得到浓度为0． 860 7、1． 721 4 mg / L 标准溶液。采用
随着生态农业的发展，可循环农业模式在全世界被广泛 关注。沼气发酵技术即厌氧发酵产沼气工艺已在我国各地 得到了广泛的推广与应用。据统计，截至 2006 年底，我国已 建成的沼气池总数已超过 2 200 多万个［1］。人们在得到便利 清洁能源的同时也遇到了如何处置大量沼液、沼渣的问题。 相关研究表明，沼液、沼渣中除了含有丰富的氮、磷、钾等植 物所需营养元素以及复杂的微生物菌群外，还含有多种氨基 酸、微量元素、抗生素、激素等［2］。因此，沼液、沼渣在现代农 业生产中得到了广泛的应用，如在“猪 － 沼 － 菜”、“猪 － 沼 － 花”三位一体农业模式中的沼液浸种、沼液添加饲料喂养、 沼液改良土壤、沼液减少农作物病虫害等［3 －5］。但沼液的化 学组成及其随季节的变化规律研究尚显不足［6］，为了更高效 合理利用沼液，笔者对沼液四季的 pH 及营养成分、夏季沼液 中部分活性成分进行了检测分析，得到了以猪粪为主要原料 的沼液的相关研究数据。 1 试验材料与方法 1． 1 沼液 沼液取自湖南省长沙县某养猪场中型沼气发酵 池，沼气发酵物为猪粪、饲料残余和畜舍冲刷废水。沼液分 4 次采集，每次均采集 3 个随机样本，每个样本 500 ml，装瓶密 封。采样时间分别是 2012 年 10 月 16 日、2012 年 12 月 1 日、 2013 年 4 月 12 日和 2013 年 8 月 15 日。4 次采样依次编号 为 A、B、C、D，取样后立即进行离心分离，去掉固体渣类物质。 随后立即测定沼液 pH、营养元素、重金属含量等项目，所有 检测结果均为 3 个平行样本的平均值。 1． 2 pH 测定 测定所使用的 pH 计为上海雷磁 pH SJ3F 型。
样品编号
A B C D
全氮
1 042 1 179 1 040
987
全磷
894 978 692 823
全钾
564 412 601 399
2． 3 不同季节沼液中重金属含量的测定 不同季节沼液中 重金属含量的测定结果见表 2。沼液中各种重金属含量普遍 低于我国的《城镇垃圾农用控制标准》的标准限值［13］，且不 同季节所产沼液中各重金属含量变化不大，各种重金属元素 含量与气温变化并无明显相关性。结果表明，猪粪沼液作为 肥料施用于农田任何季节都是安全可行的。
2． 2 沼液中主要营养成分 沼液中主要营养成分测定结果 见表 1。从表 1 可知，不同季节的沼液中均含有较丰富的氮、 磷、钾，且不同季节所产沼液中植物营养元素氮、磷、ห้องสมุดไป่ตู้含量 变化不大。结果表明，沼液中各种营养元素含量丰富，且与 气温变化并无明显相关性。
表 1 四季沼液中营养成分含量检测
mg / kg
Composition Analysis of Biogas Slurry Fermented from Pig Manure NIE Ying et al （ Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic，Changsha，Hunan 410127） Abstract ［Objective］ The research aimed to analyze the composition of biogas slurry fermented from pig manure． ［Method］ The composition of biogas slurry fermented from pig manure was analyzed，including pH，nutrient，heavy metal，total volatile organic content and antibiotic． ［Ｒesult］ pH of biogas slurry fermented from pig manure was slightly alkaline and rose as temperature increase． Nitrogen，phosphorus and potassium of the biogas slurry were rich，and the contents of various heavy metals were lower than the limited value of Agricultural Usage Control Standard of Urban Garbage． Total volatile organic content，OTC，TC and CTC were respectively 1． 365 2，0． 083 47，0． 049 07 and 0． 042 29 mg / L． ［Conclusion］ The research laid solid theoretical basis for further reasonably using biogas slurry． Key words Biogas slurry； Nutrient； Heavy metal； Total volatile organic content； Antibiotic
11468
安徽农业科学
2013 年
冯连双等确定 的 最 佳 条 件［11］ 对 甲 苯 溶 液 进 行 测 定，在 相 同 条件下分别取 3 个顶空瓶加入标准溶液 10 ml，进行 3 次平 行测定，求其平均值。根据测定结果，以甲苯溶液浓度（ x） 和 峰面积值（ y） 绘制标准曲线，其线性方程为 y = 16 919． 2x + 2 036． 7，相关系数为 0． 999 2。 1． 5． 3． 3 沼液中总挥发性有机物含量的测定。对 2013 年 8 月 15 日所取沼液进行了总挥发性有机物含量测定。 1． 6 高效液相色谱测定抗生素组分 1． 6． 1 仪器与试剂。试验使用 waters 2695 高效液相色谱仪 配紫 外 检 测 器 （ Waters 公 司） 、Sasis HLB 固 相 萃 取 柱 （ 3 ml /60mg，Waters 公司） 、Symmetry C18 色谱柱（ 150 mm × 2． 1 mm，5 μm，Waters 公司） 。试剂包括四环素（ TC，96． 5% ） 、金 霉素（ CTC，92% ） 、土霉素（ OTC） ，均购于 Dr． Ehrenstorfer 公 司，色谱纯甲醇和乙腈购于 Merck 公司。 1． 6． 2 色谱条件。流动相： 0． 01 mol / L 磷酸二氧钠溶液（ 用 磷酸调节 pH = 2． 5） 和 乙 腈 （ 二 者 体 积 比 为 3 ∶ 1 ） ，柱 温： 28 ℃ ，流速： 1 ml / min，进样量： 10 μl，检测波长： 375 nm。 1． 6． 3 标准溶液和缓冲溶液的配制。准确称取 0． 02 g 的 OTC、TC、CTC 标准品，加入少量甲醇溶解，并用甲醇定容于 100 ml 的容量瓶中，配制成 200 mg / L 的标准储备液。将标 准储备液用甲醇稀释，配制成浓度分别为 0． 2、0． 4、0． 5、 1． 0、和 2． 0 mg / L 的混合标准系列溶液，在上述色谱条件下 进样，测得各标准物质系列与其峰面积呈显著的线性关系。 OTC： y = 140 779x － 512． 3； TC： y = 262 468x － 874． 6； CTC： y = 182 927x － 788． 4； 相关系数均 ＞ 0． 999。 1． 6． 4 沼液预处理。沼液样品先经过滤纸过滤，去除其中 的悬浮物和大颗粒杂质。Oasis HLB 柱先用 10 ml 甲醇和 5 ml去离子水活化。取 50 ml 滤液，加入磷酸调节 pH = 2． 5， 然后过 Oasis HLB 柱进行富集纯化。萃取完成后，用 10 ml 甲醇洗脱，收集洗脱液并在室温下用氮吹仪吹至近干，用甲 醇定容至 10 ml，待测［12］。 1． 6． 5 沼液中抗生素含量的测定。仅对 2013 年 8 月 15 日 所取沼液样品的抗生素含量进行了测定。 2 试验结果与分析 2． 1 pH 测定结果 从图 1 可知，不同季节沼液的 pH 均呈 微碱性，且夏、秋 pH 略高于春、冬。这一结果的主要原因可 能是高温更适宜产甲烷菌群的生长繁殖，它们分解消耗了更 多的有机酸，使 pH 升高更为明显。
责任编辑 宋平 责任校对 况玲玲
以猪粪为原料的沼液成分分析
聂 莹，曾晓楠 （ 湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙 410127）
摘要 ［目的］分析以猪粪为原料的沼液成分。［方法］对以猪粪为原料的沼液进行了分析检测，包括 pH、营养元素、重金属、总挥发性有 机物及抗生素。［结果］猪粪沼液的 pH 呈微碱性，且随气温升高而升高。沼液中氮、磷、钾含量较为丰富； 各种重金属的含量低于国家 《城镇垃圾农用控制标准》的标准限值。总挥发性有机物含量为 1． 365 2 mg / L，OTC 为0． 083 47 mg / L，TC 为 0． 049 07 mg / L，CTC 为 0． 042 29 mg / L。［结论］该研究为更合理地开发利用沼液奠定了坚实的理论基础。 关键词 沼液； 营养元素； 重金属； 总挥发性有机物； 抗生素 中图分类号 S 181． 3 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611（ 2013） 28 － 11467 － 02
基金项目 作者简介
收稿日期
湖南省科技厅一般项目（ 2013NK3070） 。 聂莹（ 1987 － ） ，女，湖南长沙人，助理讲师，硕士，从事化学 分析与检测研究，E-mail： ny198722@ hotmail． com。 2013-08-25
1． 3 沼液中营养元素含量测定 沼液中的主要营养成分分 别采用如下方法测定： 全氮含量测定采用凯式定氮法［7］； 全 磷含量测定采用抗坏血酸显色分光光度法［7］； 全钾含量测定 采用火焰光度法［8］。 1． 4 沼液中重金属含量测定 按照国家肥料中砷、镉、铅、 铬生态指 标 （ GB / T23349-2009） ［9］ 和 复 合 微 生 物 肥 料 标 准 （ NY / T 798-2004） ［10］进行检测。 1． 5 气相色谱法测定沼液中总挥发性有机物含量 1． 5． 1 仪器与试剂。GC7890A 气相色谱仪（ Agilent 公司） 配 FID 检测器； Agilent 工作基站； 分流 － 不分流进样口； DB-MTBE 石英毛细管 色 谱 柱 （ 30 m × 0． 53 mm，3 μm，Agilent 公 司） ； SGH-500（ 500 ml / min） 高纯氢气发生器（ 郑州南北设备 仪器有限公司） ； SGK-5LB（ 5 000 ml / min） 空气发生器（ 郑州 南北设备仪器有限公司） ； 7697A 顶空进样器（ Agilent 公司） ； 20 ml 顶空进样瓶。 1． 5． 2 色谱条件。柱温箱 85 ℃ ，载气（ 高纯氮气） 流量为 2 ml / min，氢气流量为 30 ml / min，空气流量为 300 ml / min，进 样口温度为 120 ℃ ，FID 检测器温度为 280 ℃ ，顶空进样器加 热温度为 100 ℃ ，平衡时间为 10 min，顶空进样量为 10 μl。 1． 5． 3 操作步骤。 1． 5． 3． 1 顶空样品的制备。取 20 ml 的顶空瓶，准确加入 10 ml 沼液（ 经过滤后） ，加入 2 g NaCl，混匀，盖塞，供气相色谱 分析用。 1． 5． 3． 2 绘制标准曲线。沼液中含多种苯系物及少量硫化 物，因此利用密度为 0． 865 g / ml，含量为 99． 5% 的甲苯溶液 配制标准溶液以定量沼液中总挥发有机混合物［11］。分别取 少量甲苯化学试剂 0． 005、0． 010 ml，将其分别加入到装有 5 L 蒸馏水的三角瓶中，加塞密封，置于超声波震荡机中 20 min 振荡以达到使少量甲苯完全溶于无有机挥发物的蒸馏水中， 最终分别得到浓度为0． 860 7、1． 721 4 mg / L 标准溶液。采用
随着生态农业的发展，可循环农业模式在全世界被广泛 关注。沼气发酵技术即厌氧发酵产沼气工艺已在我国各地 得到了广泛的推广与应用。据统计，截至 2006 年底，我国已 建成的沼气池总数已超过 2 200 多万个［1］。人们在得到便利 清洁能源的同时也遇到了如何处置大量沼液、沼渣的问题。 相关研究表明，沼液、沼渣中除了含有丰富的氮、磷、钾等植 物所需营养元素以及复杂的微生物菌群外，还含有多种氨基 酸、微量元素、抗生素、激素等［2］。因此，沼液、沼渣在现代农 业生产中得到了广泛的应用，如在“猪 － 沼 － 菜”、“猪 － 沼 － 花”三位一体农业模式中的沼液浸种、沼液添加饲料喂养、 沼液改良土壤、沼液减少农作物病虫害等［3 －5］。但沼液的化 学组成及其随季节的变化规律研究尚显不足［6］，为了更高效 合理利用沼液，笔者对沼液四季的 pH 及营养成分、夏季沼液 中部分活性成分进行了检测分析，得到了以猪粪为主要原料 的沼液的相关研究数据。 1 试验材料与方法 1． 1 沼液 沼液取自湖南省长沙县某养猪场中型沼气发酵 池，沼气发酵物为猪粪、饲料残余和畜舍冲刷废水。沼液分 4 次采集，每次均采集 3 个随机样本，每个样本 500 ml，装瓶密 封。采样时间分别是 2012 年 10 月 16 日、2012 年 12 月 1 日、 2013 年 4 月 12 日和 2013 年 8 月 15 日。4 次采样依次编号 为 A、B、C、D，取样后立即进行离心分离，去掉固体渣类物质。 随后立即测定沼液 pH、营养元素、重金属含量等项目，所有 检测结果均为 3 个平行样本的平均值。 1． 2 pH 测定 测定所使用的 pH 计为上海雷磁 pH SJ3F 型。
样品编号
A B C D
全氮
1 042 1 179 1 040
987
全磷
894 978 692 823
全钾
564 412 601 399
2． 3 不同季节沼液中重金属含量的测定 不同季节沼液中 重金属含量的测定结果见表 2。沼液中各种重金属含量普遍 低于我国的《城镇垃圾农用控制标准》的标准限值［13］，且不 同季节所产沼液中各重金属含量变化不大，各种重金属元素 含量与气温变化并无明显相关性。结果表明，猪粪沼液作为 肥料施用于农田任何季节都是安全可行的。
2． 2 沼液中主要营养成分 沼液中主要营养成分测定结果 见表 1。从表 1 可知，不同季节的沼液中均含有较丰富的氮、 磷、钾，且不同季节所产沼液中植物营养元素氮、磷、ห้องสมุดไป่ตู้含量 变化不大。结果表明，沼液中各种营养元素含量丰富，且与 气温变化并无明显相关性。
表 1 四季沼液中营养成分含量检测
mg / kg
Composition Analysis of Biogas Slurry Fermented from Pig Manure NIE Ying et al （ Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic，Changsha，Hunan 410127） Abstract ［Objective］ The research aimed to analyze the composition of biogas slurry fermented from pig manure． ［Method］ The composition of biogas slurry fermented from pig manure was analyzed，including pH，nutrient，heavy metal，total volatile organic content and antibiotic． ［Ｒesult］ pH of biogas slurry fermented from pig manure was slightly alkaline and rose as temperature increase． Nitrogen，phosphorus and potassium of the biogas slurry were rich，and the contents of various heavy metals were lower than the limited value of Agricultural Usage Control Standard of Urban Garbage． Total volatile organic content，OTC，TC and CTC were respectively 1． 365 2，0． 083 47，0． 049 07 and 0． 042 29 mg / L． ［Conclusion］ The research laid solid theoretical basis for further reasonably using biogas slurry． Key words Biogas slurry； Nutrient； Heavy metal； Total volatile organic content； Antibiotic
11468
安徽农业科学
2013 年
冯连双等确定 的 最 佳 条 件［11］ 对 甲 苯 溶 液 进 行 测 定，在 相 同 条件下分别取 3 个顶空瓶加入标准溶液 10 ml，进行 3 次平 行测定，求其平均值。根据测定结果，以甲苯溶液浓度（ x） 和 峰面积值（ y） 绘制标准曲线，其线性方程为 y = 16 919． 2x + 2 036． 7，相关系数为 0． 999 2。 1． 5． 3． 3 沼液中总挥发性有机物含量的测定。对 2013 年 8 月 15 日所取沼液进行了总挥发性有机物含量测定。 1． 6 高效液相色谱测定抗生素组分 1． 6． 1 仪器与试剂。试验使用 waters 2695 高效液相色谱仪 配紫 外 检 测 器 （ Waters 公 司） 、Sasis HLB 固 相 萃 取 柱 （ 3 ml /60mg，Waters 公司） 、Symmetry C18 色谱柱（ 150 mm × 2． 1 mm，5 μm，Waters 公司） 。试剂包括四环素（ TC，96． 5% ） 、金 霉素（ CTC，92% ） 、土霉素（ OTC） ，均购于 Dr． Ehrenstorfer 公 司，色谱纯甲醇和乙腈购于 Merck 公司。 1． 6． 2 色谱条件。流动相： 0． 01 mol / L 磷酸二氧钠溶液（ 用 磷酸调节 pH = 2． 5） 和 乙 腈 （ 二 者 体 积 比 为 3 ∶ 1 ） ，柱 温： 28 ℃ ，流速： 1 ml / min，进样量： 10 μl，检测波长： 375 nm。 1． 6． 3 标准溶液和缓冲溶液的配制。准确称取 0． 02 g 的 OTC、TC、CTC 标准品，加入少量甲醇溶解，并用甲醇定容于 100 ml 的容量瓶中，配制成 200 mg / L 的标准储备液。将标 准储备液用甲醇稀释，配制成浓度分别为 0． 2、0． 4、0． 5、 1． 0、和 2． 0 mg / L 的混合标准系列溶液，在上述色谱条件下 进样，测得各标准物质系列与其峰面积呈显著的线性关系。 OTC： y = 140 779x － 512． 3； TC： y = 262 468x － 874． 6； CTC： y = 182 927x － 788． 4； 相关系数均 ＞ 0． 999。 1． 6． 4 沼液预处理。沼液样品先经过滤纸过滤，去除其中 的悬浮物和大颗粒杂质。Oasis HLB 柱先用 10 ml 甲醇和 5 ml去离子水活化。取 50 ml 滤液，加入磷酸调节 pH = 2． 5， 然后过 Oasis HLB 柱进行富集纯化。萃取完成后，用 10 ml 甲醇洗脱，收集洗脱液并在室温下用氮吹仪吹至近干，用甲 醇定容至 10 ml，待测［12］。 1． 6． 5 沼液中抗生素含量的测定。仅对 2013 年 8 月 15 日 所取沼液样品的抗生素含量进行了测定。 2 试验结果与分析 2． 1 pH 测定结果 从图 1 可知，不同季节沼液的 pH 均呈 微碱性，且夏、秋 pH 略高于春、冬。这一结果的主要原因可 能是高温更适宜产甲烷菌群的生长繁殖，它们分解消耗了更 多的有机酸，使 pH 升高更为明显。