摘要
为了筛选出能实现病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭减排的最佳辅料，试验以病死猪为发酵原料，分别以玉米秸秆（T1）、油菜秸秆（T2）、木屑（T3）、米糠（T4）为辅料，开展病死猪辅热好氧发酵试验，并以纯病死猪（CK）发酵作为对照。发酵过程中，在0~6 h和6~72 h发酵阶段内分别以3 h和6 h为采样间隔，采集处理槽排放的尾气，分析尾气中的有机恶臭物质组分并测定其排放浓度，同时测定其中的氨气和二氧化碳浓度；并对不同处理的总臭气强度进行多重比较，以确定辅料种类对病死猪辅热好氧发酵过程中总臭气强度的影响。结果显示：（1）在5个处理的病死猪辅热好氧发酵尾气中能准确定性和定量检测的共18种恶臭物质，包括3种含硫化合物、1种烷烃化合物、12种芳香烃化合物、1种酚类化合物和1种无机气体，其中3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、对甲酚、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨气为病死猪辅热好氧发酵过程中恶臭气味的主要来源；（2）玉米秸秆、油菜秸秆和木屑的添加加快了病死猪辅热好氧发酵的进程，添加玉米秸秆的处理二氧化碳排放量增加，添加油菜秸秆和木屑的处理减少了二氧化碳的排放；（3）不同辅料发酵过程中总臭气强度存在差异，从小到大依次为T3<T2<T1<T4<CK，添加辅料均能不同程度地抑制发酵过程中的臭气强度，其中添加木屑抑制效果最佳，总臭气强度为4 241.08。以上结果表明，木屑为病死猪辅热好氧发酵的最佳辅料。
辅热好氧发酵是一种减量化程度高、效率高、环境友好型的病死猪无害化处理工艺，可以较大程度地缓解我国病死猪处理压力，但在有机废弃物资源化利用的同时也伴随着恶臭气体的产
相关研究表明，向发酵物料中加入辅料可以减少臭气的排
目前，添加辅料对发酵过程中恶臭气体影响的研究主要集中于添加辅料对氨气和硫化氢这2种气体排放的影
1）病死猪。采用购自湖北省天门市某养猪场的死猪胎，在-4 ℃条件下冷冻备用。
2）玉米秸秆、油菜秸秆、木屑和米糠。均购自东莞市某农庄，分别粉碎后经孔径4.0 mm筛筛分，筛下物保留供试验使用。
3）BM动物尸体发酵菌种。购自河南省鹤壁市百惠生物科技有限公司，常温保存。
病死猪尸体与辅料的理化性质如
注： “-”表示该参数未测。Note：“-” indicates that the parameter is not tested.
4）自制发酵罐。罐体总容积约为10 L，采用夹层水浴加热；配置XGB-550型号鼓风机（浙江今野机电有限公司，风机功率550 W，风量范围 0~100
5）气体采样器。FCC-1500D型（江苏盐城天悦仪器仪表有限公司），量程0.1~1.5 L/min。
6）气体吸附管。C2-CAXX-5314型（英国玛珂思公司），内部填充Tenax TA和Sulficarb。
7）气质联用仪。Agilent8890-7000D型（美国安捷伦公司），用于物质的定性和定量分析，具有气体和液体两种进样方式。气体进样配有单管热脱附仪（UNITY-x
8）四合一气体检测仪。AP-S4-D型（深圳市安帕尔科技有限公司），用于发酵尾气中氨气（量程0~0.1 mL/L，分辨率1×1
1）试验设计。以死猪胎为发酵原料开展病死猪辅热好氧发酵试验，试验共设计5个处理：CK（纯病死猪）、T1（辅料为玉米秸秆）、T2（辅料为油菜秸秆）、T3（辅料为木屑）、T4（辅料为米糠）。死猪胎质量控制在（1.2±0.2）kg，参考汪
2）发酵尾气采样。C2-CAXX-5314吸附管一端插入发酵罐排气口，一端接FCC-1500D型防爆大气采样器，在发酵后0、3、6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72 h采集气体，同一时间平行采集3个样品，采样流量100 mL/min，采样时间5 min，采样体积500 mL。
3）尾气成分分析。VOCs采用Agilent8890-7000D气质联用仪进行分析，进样方式为热脱附进样，热脱附、色谱和质谱条件根据谭鹤群
分析前使用含有16种（苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、异丙苯、2-乙基甲苯、3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、1，2，4-三甲基苯、1，3，5-三甲基苯、对甲酚、间甲酚、正己烷）VOCs的混合标准溶液（深圳市博林达科技有限公司）、硫醚类（二甲基硫醚、二甲基二硫醚）混合标准溶液（深圳市博林达科技有限公司）、甲硫醇（坛墨质检科技股份有限公司）绘制标准曲线。通过NIST17谱库检索、保留指数和保留时间筛选进行定性，使用外标法定量。
氨气和二氧化碳采用手持式四合一检测仪（AP-S4-D）进行测定。
根据美国规定重点控制有毒空气污染
目前，好氧发酵中常见的分析评价恶臭物质的方法主要有主成分分析法、相关性分析法以及综合指数评价法。但以上3种分析方法均不适用于衡量整个发酵过程中的恶臭气体总强度，因此，本研究定义一种新的评价方法用于表征整个发酵过程中的总臭气强度（total odor intensity，TOI），TOI的计算方法如下所述。
在发酵过程中以3 h和6 h为间隔采集样品14次，本研究主要针对样品中的18种恶臭气体进行研究，筛选出每个样品中浓度高于嗅阈值的物质并计算其气味活度值（odor activity value，OAV），OAV是物质的浓度与其嗅阈值的比
| （1） |
显然，COAV是一个以时间为变量的函数。由于试验过程中采集的数据为离散数据，因此，取相邻2个采样点的COAV值构建线性插值函数，作为这2个采样点对应时间段的COAV随时间变化的函数，以各时间段的线性插值函数构成的分段函数f（t）作为发酵过程中COAV随时间变化的函数的近似
| （2） |
不同处理的病死猪辅热好氧发酵过程中二氧化碳释放规律如
图1 病死猪辅热好氧发酵过程中二氧化碳的释放规律
Fig.1 Release regularity of carbon dioxide duringthermophilic aerobic fermentation of dead pigs
GC-MS分析结果表明，不同处理病死猪辅热好氧发酵过程中产生的挥发性有机物比较复杂，高达上百种。根据美国、日本和中国恶臭物质排放标
本研究采用OAV来判断病死猪辅热好氧发酵过程中需要被重点监控的恶臭物质。不同辅料添加条件下病死猪辅热好氧发酵尾气中主要恶臭物质及其OAV值如
由
针对3-乙基甲苯、4-乙基甲苯、对甲酚、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚和氨气等7种主要恶臭物质进行分析，不同处理在相同发酵温度、通风量、辅料配比条件下主要恶臭物质的释放规律如
图2 不同处理发酵过程中主要恶臭物质的释放规律
Fig.2 Release regularity of main odor pollutants during fermentation of each treatment
A：3-乙基甲苯 3-Ethyltoluene；B：4-乙基甲苯 4-Ethyltoluene；C：对甲酚 p-Cresol；D：甲硫醇 Methanethiol；E：二甲基硫醚 Dimethyl sulfide；F：二甲基二硫醚 Dimethyl disulfide；G：氨气 Ammonia.
3-乙基甲苯、4-乙基甲苯释放规律如图
对甲酚释放规律如
甲硫醇、二甲基硫醚和二甲基二硫醚释放规律如图
氨气释放规律如
以按
注： 数据后不同大写字母表示处理间差异极显著（LSD，α=0.01）；不同小写字母表示处理间差异显著（LSD，α=0.05）。Note：Different capital letters indicate extremely significant differences （LSD，α = 0.01）. Different small letters indicate significant differences （LSD，α = 0.05）.
发酵尾气中二氧化碳浓度的变化可以反映发酵过程中微生物对有机物的降解情况。在好氧发酵前期，微生物主要以易降解的碳水化合物和脂肪为原料完成生命活动，会产生大量二氧化
玉米秸秆、油菜秸秆和木屑的添加加快了病死猪辅热好氧发酵的进程。究其原因，一是添加辅料增加了发酵物料中的碳水化合物等易降解有机物含量，二是辅料的添加可以调节发酵物料的孔隙和含水率，利于氧气供
本研究中，与CK处理相比，木屑与油菜秸秆的添加均不同程度降低了二氧化碳的排放，且对甲硫醇、二甲基硫醚和二甲基二硫醚均有抑制作用。其原因可能是：油菜秸秆中的养分主要贮藏在由表皮、表层包裹的中心茎髓
与其余辅料相比，米糠中碳水化合物和脂肪总含量较高，但其脂肪含量高，易粘结，导致发酵物料疏松性差，不利于发酵过程中氧气供给，形成局部厌氧，从而影响微生物的活
综上所述，添加碳水化合物含量高的辅料，可加快病死猪辅热好氧发酵的降解速度，与此同时，还应该考虑辅料的疏松性，确保发酵过程中的氧气供给。
挥发性硫化物主要来源于发酵物料中含硫有机物的不完全降解。在缺氧条件下，蛋氨酸降解的第一步会发生脱氨基作用形成氨态氮、α-羟丁酸、α-酮丁酸和4-甲硫基-2-氧代丁酸等，4-甲硫基-2-氧代丁酸会快速发生脱甲硫基作用转化为甲硫醇。甲硫醇还原生成硫化氢、自发氧化生成二甲基二硫醚、甲基化作用生成二甲基硫醚、甲硫醇加硫化氢自发氧化生成二甲基三硫醚。病死猪辅热好氧发酵与其他原料好氧发酵略有不同，在猪
针对
在餐厨垃
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