辛硫磷對(duì)大白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響

譚紅云++劉熙然++苻其登++湯聰++周清清++尹芳++張無(wú)敵

摘要 以新鮮大白菜為原料，采用批量式中溫全混合沼氣發(fā)酵裝置，投料量400 mL，恒溫30 ℃，添加不同梯度量的辛硫磷。經(jīng)過(guò)2次試驗(yàn)，結(jié)果表明：第1次15 d發(fā)酵周期，添加1 mL及以上的辛硫磷抑制產(chǎn)氣明顯；第2次經(jīng)過(guò)39 d發(fā)酵周期，添加≤0.3 mL辛硫磷的試驗(yàn)組產(chǎn)氣良好，而添加0.5 mL辛硫磷的試驗(yàn)組抑制產(chǎn)氣，得到辛硫磷抑制大白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣的抑制點(diǎn)在0.3～0.5 mL之間。

關(guān)鍵詞 辛硫磷；大白菜；厭氧消化；產(chǎn)沼氣；影響

中圖分類號(hào) TQ450.263；S634.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）24-0122-02

辛硫磷（phoxim）是一種高效、低毒、低殘留、廣譜性殺蟲劑，具有較強(qiáng)的觸殺和胃毒作用，無(wú)內(nèi)吸作用，主要用于防治蠐螬、螻蛄等地下害蟲和多種鱗翅目害蟲的幼蟲，同時(shí)對(duì)蟲卵也有一定的殺傷作用[1-2]，是我國(guó)使用最廣的有機(jī)磷農(nóng)藥之一[3-4]。這種高毒農(nóng)藥品種的高頻率使用，使環(huán)境治理難度大大加深。其特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，自然界易分解，生物體內(nèi)易分解，在食用作物中殘留時(shí)間短。但是容易在植物性食品，尤其是水果蔬菜中殘留，殘留時(shí)間長(zhǎng)。殘留在瓜果蔬菜、動(dòng)物體內(nèi)的辛硫磷，可能會(huì)以果蔬廢棄殘?bào)w、畜禽糞便排泄物的形式排放到周邊環(huán)境，將這些來(lái)源的廢棄物進(jìn)行集中收集、厭氧消化處理，可有效減少農(nóng)藥殘留對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還可以研究農(nóng)藥殘留對(duì)厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響。

大白菜是日常生活中食用的主要蔬菜之一，有文獻(xiàn)指出各種糖類在大部分廢棄蔬菜中的總含量達(dá)到70%以上。有關(guān)大白菜厭氧消化產(chǎn)甲烷的試驗(yàn)研究表明，廢棄蔬菜具備厭氧消化產(chǎn)沼氣的潛力[5]。本文研究辛硫磷對(duì)大白菜廢棄殘?jiān)a(chǎn)沼氣的影響，以期為研究厭氧消化對(duì)辛硫磷的降解奠定理論基礎(chǔ)[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用40%辛硫磷乳油；發(fā)酵原料為白菜，來(lái)自昆明市呈貢區(qū)云南師范大學(xué)附近的柏芝營(yíng)菜市場(chǎng)；接種物取自昆明周邊郊區(qū)畜禽場(chǎng)的糞便，實(shí)驗(yàn)室已將其馴化良好。試驗(yàn)之前已測(cè)定白菜的總固體（TS）含量為4.23%，揮發(fā)性有機(jī)物（VS）含量為16.71%；接種物的總固體（TS）含量為10.03%。揮發(fā)性有機(jī)物（VS）含量為36.30%。pH值為7左右。

1.2 試驗(yàn)裝置

采用全混合批量發(fā)酵裝置進(jìn)行30 ℃中溫厭氧消化試驗(yàn)，裝置如圖1所示。反應(yīng)裝置為試驗(yàn)厭氧消化單元，錐形瓶和計(jì)量瓶為排水法集氣單元，沼氣通過(guò)導(dǎo)氣管進(jìn)入錐形瓶，采用排水法在計(jì)量瓶中讀取沼氣的產(chǎn)生量。此外，實(shí)驗(yàn)室還將設(shè)置為30 ℃的控溫棒放入水浴鍋中，保持試驗(yàn)過(guò)程中溫度恒定不變[7-8]。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)主要用控制變量法、平行對(duì)照法來(lái)研究?？偼读狭?00 mL，2次試驗(yàn)各物料添加量如表1所示。

恒溫30 ℃，第1次試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)沒有添加辛硫磷的對(duì)照組和辛硫磷添加量梯度為1、3、5、 7、 10 mL 5個(gè)試驗(yàn)組，第2次試驗(yàn)設(shè)置辛硫磷添加量梯度為0.05、0.10、 0.30、 0.50 mL 4個(gè)試驗(yàn)組、1個(gè)對(duì)照組和1個(gè)只加接種物和沼液的空白組，每次試驗(yàn)共6個(gè)小組，每小組設(shè)3個(gè)平行，記錄產(chǎn)氣量，用氣象色譜儀測(cè)出氣體甲烷含量[9-10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)氣量分析

在30 ℃厭氧消化條件下，從試驗(yàn)進(jìn)料第2天開始，每天定時(shí)記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，直到基本不產(chǎn)氣為止，為每次試驗(yàn)的試驗(yàn)周期。得到第1次試驗(yàn)周期為15 d，第2次試驗(yàn)周期為39 d。根據(jù)試驗(yàn)周期的產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)記錄情況，認(rèn)真繪制出添加不同濃度辛硫磷的大白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣產(chǎn)氣量的曲線，分析添加不同濃度辛硫磷對(duì)大白菜厭氧消化的影響。

從圖2可以看出，在第1次試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照組的產(chǎn)氣量明顯高于試驗(yàn)組。5組試驗(yàn)組中，產(chǎn)氣量隨著辛硫磷添加量的增加而減少，并且在試驗(yàn)組基本停止產(chǎn)氣的時(shí)候，對(duì)照組仍在產(chǎn)氣。

從圖3可以看出，在第2次試驗(yàn)過(guò)程中，前3 d 6組產(chǎn)氣量沒有明顯的差別。從第 4天開始曲線I的縱坐標(biāo)變?yōu)?，添加0.5 mL辛硫磷的試驗(yàn)組停止產(chǎn)氣，中間經(jīng)過(guò)15 d后又恢復(fù)產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量曲線波動(dòng)與其他幾組無(wú)異。到第39天6組試驗(yàn)基本停止產(chǎn)氣。

2.2 甲烷含量分析

試驗(yàn)期間，每隔3～4 d用氣象色譜儀測(cè)1次甲烷含量，直到每組產(chǎn)氣量小于20 mL。第1次試驗(yàn)總共測(cè)了3次甲烷含量，從圖4可以看出，CK組的甲烷含量一次比一次明顯增多，最高一次甲烷含量接近50%。其他組沒有甲烷含量或是因?yàn)楫a(chǎn)氣量低于20 mL，沒有測(cè)甲烷含量。

從圖5可以看出，CK1、CK2、F、G、H的甲烷含量在20%～85%之間波動(dòng)，各曲線的波動(dòng)近似，只有加0.5 mL辛硫磷的曲線I前3次測(cè)得沒有甲烷含量，中間停止產(chǎn)氣沒有測(cè)甲烷含量，后2次測(cè)得甲烷含量與其他組相近。

結(jié)合圖2和圖4可得出第1次試驗(yàn)對(duì)照組（CK）的產(chǎn)氣量和甲烷含量明顯高于試驗(yàn)組，對(duì)照組（CK）還在繼續(xù)產(chǎn)氣時(shí)，試驗(yàn)組產(chǎn)氣已基本停止，致使試驗(yàn)周期相對(duì)比較短。得出第1次試驗(yàn)添加的辛硫磷濃度從1 mL到10 mL對(duì)大白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣抑制較為明顯，并且隨著辛硫磷濃度的增加，抑制產(chǎn)氣加強(qiáng)。

在分析第1次試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，第2次試驗(yàn)減少了辛硫磷的添加量，并增加了1個(gè)空白組。從圖3和圖5可以看出前5組試驗(yàn)產(chǎn)氣量和甲烷含量波動(dòng)范圍差別不大。只有添加0.5 mL辛硫磷的處理，在前3 d雖然產(chǎn)氣正常，但是所產(chǎn)生的氣體沒有甲烷含量，中間15 d抑制產(chǎn)氣，15 d過(guò)后產(chǎn)氣開始，甲烷含量也同時(shí)恢復(fù)正常。

根據(jù)2次試驗(yàn)的結(jié)果分析，可以得到辛硫磷的添加量≤0.3 mL時(shí)，白菜厭氧消化產(chǎn)氣良好。當(dāng)辛硫磷的添加量≥0.5 mL時(shí)，對(duì)白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣抑制作用明顯。初步得到辛硫磷抑制白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣的抑制點(diǎn)在0.3～0.5 mL之間。

3 結(jié)論

以新鮮大白菜為原料，采用批量式中溫全混合沼氣發(fā)酵裝置，得出辛硫磷對(duì)白菜厭氧消化產(chǎn)沼氣的影響規(guī)律，結(jié)果表明辛硫磷抑制沼氣發(fā)酵的抑制點(diǎn)在0.3～0.5 mL之間。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 王蘭菊，陳剛，任寧輝，等.4種葉菜有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留變化研究[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院報(bào)，2006，25（5）：121-127.

[2] 黃永川，柴勇康，月瓊，等.農(nóng)藥殘留檢測(cè)分析技術(shù)進(jìn)展[J].南方農(nóng)業(yè)，2007，1（3）：90-92.

[3] WANG Fa-yuan，SHI Zhao-yong，TONG Rui-jian，et al.Dyamics of pho-xim residues in green onion and soil as influenced by arbuscular myco-erhizal fungi[J].Joumal of Hazardous Material，2011，185（1）：112-116.

[4] 余以剛，盧志洪，朱珍，等.廣州市售蔬菜有機(jī)磷農(nóng)藥情況調(diào)查分析[J].現(xiàn)代食品科技，2010，26（7）：742-745.

[5] 吉喜燕，肖志海，林衛(wèi)東，等，廢棄大白菜厭氧消化產(chǎn)甲烷的實(shí)驗(yàn)研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，35（3）：10-13.

[6] 王潔蓮.酶抑制法快速檢測(cè)蔬菜中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：156-158.

[7] 董曉瑩.蔬菜廢棄物兩相厭氧發(fā)酵工藝產(chǎn)沼氣試驗(yàn)研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[8] 楊廣忠.城市生物垃圾與畜禽糞便中溫聯(lián)合厭氧消化研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院，2010.

[9] 曹松洲.COD/SO_4～（2-）對(duì)餐廚廢物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性以及物質(zhì)利用特性影響研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[10] 宋麗.蔬菜廢物兩級(jí)強(qiáng)化水解厭氧消化實(shí)驗(yàn)研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2010.